细长轴车削加工工艺

蒋 灿 李 震

（山东农业工程学院，济南 250100）

细长轴通常指长短与直径之比在20～25范围内的轴[1]。因为细长轴长度和直径比较大，导致其刚性较差，使得铸件在切削加工过程中极易发生曲折变形和抖动，机器加工的难点。

1 细长轴车削工艺特点

1.1 细长轴刚性差

若在车削前细长轴装夹不妥，会在切削力和地心引力作用下发生弯曲变形，降低工精度，增大细长轴外表面粗糙度。

1.2 精度较差

细长轴加工尺寸越长，走刀时间也会越长，磨损刃刀就越厉害，从而影响器件精度。

1.3 细长轴热扩散机能比较差

在切削热作用下，会产生很大的线膨胀，如果轴的两端采用牢固撑持，则会使工件变弯，变成“竹节”等形状，或使顶尖卡死，无法正常加工[2]。

2 细长轴加工中出现问题

2.1 切削力导致变形

在车削加工工程中，产生切削力通常可分化为轴向切削力FX，径向切削力FY及切向切削力FZ，它们使细长轴产生横向和纵向方位弯曲[3]。

2.2 切削热引起的变形

细长轴在车削加工时会发生切削热，致使工件热伸长。并在车削过程中产生大量切削热，导致细长轴伸长，因为卡盘和尾座顶尖时牢固不动，二者间隔稳定，致使细长轴遭到挤压而产生弯曲变形。

3 提高细长轴车削加工品质措施

3.1 加工细长轴前工作

3.1.1 机床调整

使机床主光轴中心、尾座顶尖中间连线与导轨全长平行。因为不同机床导轨面磨损水平不一样，因此在加工前应先调整机床位置。

3.1.2 调整刀架

根据刀架的不同种类，必须要使刀具中心与卡盘及尾座顶尖处在同一中心上。再次调整时，先调整后支撑爪，再将上下支撑爪调整好，让其缓慢接触工件。再将刀架牢固在车鞍上，放在车刀后，随车刀挪动，这样不但可以抵消背向力，还可以增加细长轴刚度与精确度，防止变形。

3.2 选择合适装夹方式

若细长轴采取两顶尖装夹法，会使细长轴在地心引力作用下会发生弯曲，造成顶尖和中间孔接触不良，在切削力作用下掉落。为减少细长轴曲折变形，故采取一夹一顶装夹法，且顶尖采用弹性活顶尖。

3.3 刀具及辅助工具的选择

对于普通车床上削细长轴，为了提高品质，应从刀具和辅具方向采取措施。细长轴车刀通常要选择耐磨的硬质合金车刀，其刀刃必须研磨平直，一般主偏角在60°～70°，前角γ取15°，正刃倾角范围在3°～10°，从而降低切削力，提高细长轴表面质量[4]。

为增强辅具刚性，防备在切削时产生曲折变形，车削细长轴加工可采用跟刀架、顶尖、托架和中间架等辅具，选择正确的辅具对提升切削加工都着重要作用。跟刀架是加工细长轴必不可少的夹具，主要采用支柱爪轴线互成直角的三爪跟刀架，消除因径向切削力。调整跟刀架时，要保证各爪对工件作用力相等，以防由于各爪作用力不均衡造成工件中心发生偏移，导致加工精度降低。

3.4 切削方法的优化选择

3.4.1 反向进给法

此法可避免由FX引起压弯,进给方向由卡盘一端对准尾座，此时轴向切削力FX作用于工件上，切削采用了可伸缩活顶尖，防止压弯工件。

3.4.2 对刀切削法

使用对刀切削时，将前后两个刀架装固定在车床滑板上，前一个正装一把车刀，后一个反装一把车刀，用一个两端螺旋偏向相反的丝杠带动其运动，使先后两刀架可以同时进刀和退刀。在加工过程中采用45°车刀分两段调头切削，让两刀径向分力相互抵消，保证切削稳定，减小加工误差。

3.5 合理选择切削用量

切削用量不同，会对切削过程中切削热、切削力产生不同影响，在车削细长轴加工时引起变形。在加工工艺系统刚度基础上，随着切削深度增加，会加大切削力与切削热，同时还会增加细长轴受热变形与受力[5]。从提升切削效力角度考虑，进给量增大会比切削深度增大更明显，提升切削速度会降低切削力，随着切削速度增大、切削温度提升，刀具和工件之间的摩擦力会减少。但过快的切削速度也会使细长轴在离心力作用下发生曲折，损坏其稳定性，从而切削速度应控制在合理范围内。

4 结语

细长轴属于轴类器件中比较难加工的，因为其刚性差，车削发生极易发生受力变形，难以保证细长轴加工质量。但经过正确装夹。选择合适刀辅及加工方式，能有效防止热伸长变形和振动。笔者认为以下几点值得研究：

（1）研究高性能专用车削产品，提高刀具耐磨性和加工效力，减小切削力和刀具磨损量，从而提高修长轴加工精度。

（2）利用计算机仿真技术，建立细长轴加工动态模型，研究应力大小与切削热传导及变形之间的关系，采取相关工艺减小振动和变形。

（3）建立细长轴车削加工不同材质数据库，提升细长轴加工效率。