淺析細長軸車削加工工藝

張　濤

摘要：所謂細長軸就是工件的長度與直徑之比大于25(即L/D>25)的軸類零件稱為細長軸。在切削力、重力和頂尖頂緊力的作用下，橫置的細長軸是很容易彎曲甚至失穩(wěn)，因此，車削細長軸時有必要改善細長軸的受力問題。采用反向進給車削，配合以最佳的刀具幾何參數(shù)、切削用量、拉緊裝置和跟刀架等一系列有效措施。結果提高了細長軸的剛性，達到了加工要求。

關鍵詞：細長軸車削工藝變形加工質(zhì)量預防措施

0引言

所謂細長軸就是工件的長度與直徑之比大于25(即L／D>25)的軸類零件稱為細長軸。在切削力、重力和頂尖頂緊力的作用下，橫置的細長軸是很容易彎曲甚至失穩(wěn)，提高細長軸的加工精度問題，就是控制工藝系統(tǒng)的受力及受熱變形的問題。因此，采用反向進給車削，配合以最佳的刀具幾何參數(shù)、切削用量、拉緊裝置和軸套式跟刀架等一系列有效措施。以提高細長軸的剛性，得到良好的幾何精度和理想的表面粗糙度，保證加工要求。

1細長軸類零件的工藝特點

1.1熱變形大。細長軸車削時熱擴散性差、線膨脹大當工件兩端頂緊時易產(chǎn)生彎曲變形。

1.2剛性差。車削時工件受到切削力、細長的工件由于自重下垂、高速旋轉時受到離心力等都極易使其產(chǎn)生彎曲變形。

1.3表面質(zhì)量難以保證。由于工件自重、變形、振動影響工件圓柱度和表面粗糙度。

2提高細長軸加工精度的措施

2.1選擇合適的裝夾方法

2.1.1雙頂尖法裝夾法采用雙頂尖裝夾，工件定位準確，容易-保證同軸度。但用該方法裝夾細長軸，其剛性較差，細長軸彎曲變形較大，而且容易產(chǎn)生振動，因此只適宜于長徑比不大、加工余量較小、同軸度要求較高、多臺階軸類零件的加工。

2.1.2一夾一頂?shù)难b夾法采用一夾一頂?shù)难b夾方式。在該裝夾方式中，如果頂尖頂?shù)锰o，除了可能將細長軸頂彎外，還能阻礙車削時細長軸的受熱伸長，導致細長軸受到軸向擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。另外卡爪夾緊面與頂尖孔可能不同軸，裝夾后會產(chǎn)生過定位，也能導致細長軸產(chǎn)生彎曲變形，因此采用一夾一頂裝夾方式時，頂尖應采用彈性活頂尖，使細長軸受熱后可以自由伸長，減少其受熱彎曲變形；同時可在卡爪與細長軸之間墊入一個開口鋼絲圈，以減少卡爪與細長軸的軸向接觸長度，消除安裝時的過定位，減少彎曲變形。

2.1.3雙刀切削法采用雙刀車削細長軸改裝車床中溜板，增加后刀架，采用前后兩把車刀同時進行車削。

兩把車刀，徑向相對，前車刀正裝，后車刀反裝。兩把車刀車削時產(chǎn)生的徑向切削力相互抵消。工件受力變形和振動小，加工精度高，適用于批量生產(chǎn)。

2.1.4采用跟刀架和中心架采用一夾一頂?shù)难b夾方式車削細長軸，為了減少徑向切削力對細長軸彎曲變形的影響，傳統(tǒng)上采用跟刀架和中心架，相當于在細長軸上增加了一個支撐，增加了細長軸的剛度，可有效地減少徑向切削力對細長軸的影響。

2.1.5采用反向切削法車削細長軸反向切削法是指在細長軸的車削過程中，車刀由主軸卡盤開始向尾架方向進給。

這樣在加工過程中產(chǎn)生的軸向切削力使細長軸受拉，消除了軸向切削力引起的彎曲變形。同時，采用彈性的尾架頂尖，可以有效地補償?shù)毒咧廖布芤欢蔚墓ぜ氖軌鹤冃魏蜔嵘扉L量，避免工件的壓彎變形。

2.2選擇合理的刀具角度為了減小車削細長軸產(chǎn)生的彎曲變形，要求車削時產(chǎn)生的切削力越小越好，而在刀具的幾何角度中，前角、主偏角和刃傾角對切削力的影響最大。細長軸車刀必須保證如下要求：切削力小，減少徑向分力，切削溫度低，刀刃鋒利，排屑流暢，刀具壽命長。從車削鋼料時得知：當前角γo增加10°，徑向分力Fr可以減少30％：主偏角Kr增大10°，徑向分力Fr可以減少10％以上；刃傾角λs取負值時，徑向分力Fr也有所減少。

2.2.1前角(γo其大小直接著影響切削力、切削溫度和切削功率.增大前角，可以使被切削金屬層的塑性變形程度減小，切削力明顯減小。

增大前角可以降低切削力，所以在細長軸車削中，在保證車刀有足夠強度前提下，盡量使刀具的前角增大。前角一般取γo=15°。車刀前刀面應磨有斷屑槽，屑槽寬B=3.5～4mm，配磨brl=0.1-0.15mm，ym=－25。的負倒棱，使徑向分力減少，出屑流暢，卷屑性能好，切削溫度低，因此能減輕和防止細長軸彎曲變形和振動。

2.2.2主偏角(kr)車刀主偏角Kr是影響徑向力的主要因素，其大小影響著3個切削分力的大小和比例關系。隨著主偏角的增大，徑向切削力明顯減小，在不影響刀具強度的情況下應盡量增大主偏角。主偏角Kr=90°(裝刀時裝成85°-88°)，配磨副偏角Kr＇=8°～10°，刀尖圓弧半徑Y s=0.15～0.2mm，有利于減少徑向分力。

2.2.3刃傾角(λs)傾角影響著車削過程中切屑的流向、刀尖的強度及3個切削分力的比例關系。隨著刃傾角的增大，徑向切削力明顯減小，但軸向切削力和切向切削力卻有所增大。刃傾角在10?！?10。范圍內(nèi)，3個切削分力的比例關系比較合理。在車削細長軸時，常采用正刃傾角+3°一+10°，以使切屑流向待加工表面。

2.2.4后角較小ao=am=4°-6°，起防振作用。

2.3合理地控制切削用量切削用量選擇的是否合理，對切削過程中產(chǎn)生的切削力的大小、切削熱的多少是不同的。因此對車削細長軸時引起的變形也是不同的。粗車和半粗車細長軸切削用量的選擇原則是：盡可能減少徑向切削分力，減少切削熱。車削細長軸時，一般在長徑比及材料韌性大時，選用較小的切削用量，即多走刀，切深小，以減少振動。增加剛性。

2.3.1背吃刀量(村在工藝系統(tǒng)剛度確定的前提下，隨著切削深度的增大，車削時產(chǎn)生的切削力、切削熱隨之增大，引起細長軸的受力、受熱變形也增大。因此在車削細長軸時，應盡量減少背吃刀量。

2.3.2進給量(f)進給量增大會使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此細長軸的受力變形系數(shù)有所下降。如果從提高切削效率的角度來看，增大進給量比增大切削深度有利。

2.3．3切削速度(v)提高切削速度有利于降低切削力。這是因為，隨著切削速度的增大，切削溫度提高，刀具與工件之間的摩擦力減小，細長軸的受力變形減小。但切削速度過高容易使細長軸在離心力作用下出現(xiàn)彎曲。破壞切削過程的平穩(wěn)性，所以切削速度應控制在一定范圍。對長徑比較大的工件，切削速度要適當降低。

實踐證明：進給量f>0.5時，防振效果很顯著。而稍微加大吃刀深度，就很容易引起振動。當切削速度為中速時，細長軸工件常會發(fā)生振動。采用高速車削時，由于離心力作用，振動也較大，一般采用不太高的切削速度來加工細長軸的。根據(jù)加工經(jīng)驗，長徑比在40:1～120:1之間，在a_p=3mm情況下。取v=40m／min、f=0.3～0.5mm/r：或采用v=45-100m/min，f=0.6～0.12mm/r時，加工細長軸時不容易引起振動，但應使車刀的倒棱加寬到0.3～0.6mm，屑槽寬在6～7mm，同時工件直徑應大于50mm，否則工件易產(chǎn)生彎曲變形。

3結論

細長軸的車削加工是機械加工中比較常見的一種加工方式。由于細長軸剛性差，車削時產(chǎn)生的受力、受熱變形較大，很難保證細長軸的加工質(zhì)量要求。通過采用合適的裝夾方式和先進的加工方法，選擇合理的刀具角度和切削用量等措施，可以保證細長軸的加工質(zhì)量要求。