淺談細(xì)長(zhǎng)軸車削

王大山

沈陽市裝備制造工程學(xué)校，遼寧沈陽 110026

1 細(xì)長(zhǎng)軸的特點(diǎn)

工件的長(zhǎng)度L與直徑d之比大于25（即長(zhǎng)徑比L/d＞25）的軸類工件稱為細(xì)長(zhǎng)軸。細(xì)長(zhǎng)軸的外形并不復(fù)雜，但由于其本身的剛度低，車削時(shí)又受切削力、重力、切削熱等因素的影響，容易產(chǎn)生彎曲變形以及振動(dòng)、錐度、腰鼓形、竹節(jié)形等缺陷，難以保證加工精度。長(zhǎng)徑比越大，加工就越困難。

2 車細(xì)長(zhǎng)軸的方法

車削細(xì)長(zhǎng)軸主要是解決工件車削過程中的剛性問題及變形問題。所以車削細(xì)長(zhǎng)軸的關(guān)鍵就是合理使用中心架和跟刀架，解決工件的熱變形伸長(zhǎng)及合理選擇車刀的幾何形狀等。

2.1 合理使用中心架和跟刀架

1）中心架的使用。中心架安裝在床身導(dǎo)軌上。當(dāng)中心架支承在工件中間時(shí)，工件長(zhǎng)度相當(dāng)于減少了一半，而工件的剛性卻提高了好幾倍。

安裝中心架之前，應(yīng)先在工件中間車一段安裝中心架支承爪的溝槽，溝槽直徑略大于工件的尺寸要求，溝槽的寬度大于支承爪的直徑。安裝中心架后，要使3個(gè)支承爪松緊適當(dāng)，在溝槽上加注潤(rùn)滑油。在車削過程中，要經(jīng)常檢查支承爪的松緊程度，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)及時(shí)調(diào)整。

對(duì)于工件中間不需要加工的細(xì)長(zhǎng)軸，可采用輔助套筒的方法安裝中心架。把套筒套在軸的外圓上，調(diào)整并擰緊兩端3個(gè)螺釘，使套的軸線和工件軸線重合。中心架的支承爪支承在輔助套筒的外圓上，其注意事項(xiàng)與支承在工件溝槽中相同。

2）跟刀架的使用。使用中心架能提高工件車削過程中的剛性，但由于工件分兩段車削，因此工件中間有接刀痕跡。對(duì)不允許有接刀的工件，應(yīng)采用跟刀架的方法。跟刀架是固定在床鞍上，和車刀一起作縱向運(yùn)動(dòng)。跟刀架有兩爪和三爪之分。車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，最好使用三爪跟刀架，因?yàn)槭褂?個(gè)支承爪的跟刀架，能使工件在上下、前后均不能移動(dòng)，車削穩(wěn)定，不易產(chǎn)生振動(dòng)。使用跟刀架時(shí)，一定要注意支承爪對(duì)工件的支承要松緊適當(dāng)，若太松，起不到提高剛性的作用，若太緊，影響工件的形狀精度，車出的工件呈 “竹節(jié)形”。車削過程中，要經(jīng)常檢查支承爪的松緊程度，進(jìn)行必要的調(diào)整。

2.2 減少與補(bǔ)償工件的熱變形伸長(zhǎng)

車削時(shí)，由于切削熱的影響，使工件隨溫度升高而逐漸伸長(zhǎng)變形，稱為熱變形。在車削一般軸類工件時(shí)，可不考慮熱變形伸長(zhǎng)問題。但是，車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，因?yàn)楣ぜL(zhǎng)，熱變形伸長(zhǎng)量大，所以一定要考慮到熱變形的影響。工件熱變形伸長(zhǎng)量可按下式計(jì)算。

△L=αL△t

式中，△L為工件熱變形伸長(zhǎng)量（mm）；

α為材料的線膨脹系數(shù)(1/℃）；

L為工件全長(zhǎng)（mm）；

△t為工件升高的溫度（℃）。

例：車削直徑為Φ25mm，長(zhǎng)度為1 200mm的細(xì)長(zhǎng)軸，材料為45鋼，車削時(shí)因受切削熱的影響，使工件由原來的21℃上升到61℃，求這根細(xì)長(zhǎng)軸的熱變形伸長(zhǎng)量。

解：已知L=1 200mm，△t=61℃-21℃=4O℃，查表45鋼的線膨脹系數(shù)。

α＝11.59×10-6（1/℃）。

△L=αL△t=11.59×10-6×1 200×40=0.556mm

從上例計(jì)算可知，細(xì)長(zhǎng)軸熱變形伸長(zhǎng)量是很大的。由于工件一端夾緊，一端頂住，工件無法伸長(zhǎng)，所以只能使本身產(chǎn)生彎曲。細(xì)長(zhǎng)軸一旦產(chǎn)生彎曲，車削就很難進(jìn)行，因此，必須采取措施減少工件的熱變形。

減少工件的熱變形可采取以下措施：

1）使用彈性回轉(zhuǎn)頂尖

彈性回轉(zhuǎn)頂尖的結(jié)構(gòu)如圖1所示。頂尖用圓柱滾子軸承、滾針軸承承受背向力，推力球軸承承受進(jìn)給力。在短圓柱滾子軸承和推力球軸承之間，放置若干片碟形彈簧。當(dāng)工件熱變形伸長(zhǎng)時(shí)，工件推動(dòng)頂尖通過圓柱滾子軸承，使碟形彈簧壓縮變形。生產(chǎn)實(shí)踐證明，用彈性回轉(zhuǎn)頂尖加工細(xì)長(zhǎng)軸，可有效地補(bǔ)償工件的熱變形伸長(zhǎng)，工件不易彎曲，車削可順利進(jìn)行。

圖1 彈性回轉(zhuǎn)頂尖的結(jié)構(gòu)1－頂尖 2－圓柱滾子軸承 3－碟形彈簧 4－推力球軸承5－滾針軸承

2）浮動(dòng)夾緊和反向進(jìn)給車削

如圖2所示，細(xì)長(zhǎng)軸采用一夾一頂裝夾方式，其卡爪夾持的部分不宜過長(zhǎng)，一般為15mm左右，最好用Φ3×200mm的鋼絲墊在卡爪的凹槽中。這樣細(xì)長(zhǎng)軸左端的夾持就形成線接觸的浮動(dòng)狀態(tài)，使細(xì)長(zhǎng)軸在卡盤內(nèi)能自由調(diào)節(jié)，切削過程中熱變形伸長(zhǎng)的細(xì)長(zhǎng)軸，不會(huì)因卡盤夾死而產(chǎn)生彎曲變形。

圖2 浮動(dòng)夾緊和反向進(jìn)給車削1－卡盤 2－細(xì)長(zhǎng)軸 3－彈性回轉(zhuǎn)頂尖

采用反向進(jìn)給時(shí)，進(jìn)給力F拉直工件已切削部分，并推進(jìn)工件待切削部分由右端的彈性回轉(zhuǎn)頂尖支撐并補(bǔ)償，細(xì)長(zhǎng)軸不易產(chǎn)生彎曲變形。浮動(dòng)夾緊和反向進(jìn)給車削能使工件達(dá)到較高的加工精度和較小的表面粗糙度值。

3）加注充分的切削液

車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，無論是低速切削，還是高速切削，加注充分的切削液能有效地降低切削區(qū)域的溫度，從而減少工件的熱變形伸長(zhǎng)，延長(zhǎng)車刀的使用壽命。

4）保持刀具鋒利

保持刀具鋒利可以減少車刀與工件之間的摩擦發(fā)熱。

2.3 合理選擇車削用量

車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，應(yīng)分粗車和精車，若選用材料為YT 15、形狀為圖1所示的車刀，粗車時(shí)切削用量應(yīng)選ap＝1.5mm～2mm，f =0.3mm/r～0. 4mm/r，v=50m/min～60m/min比較合適。

精車時(shí)切削用量應(yīng)選ap＝0.5mm～lmm，f=0.08mm/x～0.12mm/r，v=60m/min～100m/min比較合適。

[1]崔國(guó)利.機(jī)械加工技術(shù)與實(shí)訓(xùn).機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]勞動(dòng)部教材辦公室組織編寫.車工工藝學(xué)[M].中國(guó)勞動(dòng)出版社，2006.