細長軸車削方法與跟刀架設(shè)計

劉祥偉

(渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島 125005)

通常將工件長度與直徑之比大于25的軸類零件稱為細長軸，例如車床上的光杠、絲杠。

細長軸雖然外形并不復(fù)雜，但由于其自身剛度低，車削時受切削力、重力、切削熱等因素的影響，容易產(chǎn)生振動及彎曲變形，以及產(chǎn)生錐度、腰鼓形和竹節(jié)形等缺陷，難以保證加工精度，使細長軸的切削成為難度較大的加工工藝。

車削細長軸的3個關(guān)鍵技術(shù)是:使用中心架和跟刀架作輔助支撐，增強工件的剛度;解決工件熱變形伸長問題;合理選擇車刀的幾何形狀。

1 細長軸車削中的問題和措施

(1)在切削過程中，工件受熱伸長會產(chǎn)生彎曲變形，甚至?xí)构ぜ陧敿忾g卡住而無法加工。

針對這種情況采取的措施是:采用彈性回轉(zhuǎn)頂尖、浮動夾緊和反向進給車削細長軸，來補償工件受熱伸長。

細長軸采用一頂一夾的裝夾方式，其卡爪夾持的部分不宜過長，最好用鋼絲墊在卡爪的凹槽中。這樣細長軸左端的夾持就形成線接觸的浮動狀態(tài)，使細長軸在卡盤內(nèi)能自由調(diào)整其位置，避免前夾后頂時在工件上產(chǎn)生附加彎曲力矩。在切削過程中，熱變形伸長的細長軸不會因卡盤夾住而產(chǎn)生彎曲變形。

采用反向進給時，進給力拉直工件已切削部分，并推向工件待切削部分，由右端彈性回轉(zhuǎn)頂尖支撐并補償，細長軸不易產(chǎn)生彎曲變形。

浮動夾緊和反向進給車削能使工件達到較高的加工精度和較小的表面粗糙度值。

(2)工件受切削力作用產(chǎn)生彎曲，從而引起振動，影響工件的精度和表面粗糙度。由于工件自重、變形、振動，影響工件圓柱度和表面粗糙度。工件高速旋轉(zhuǎn)時，在離心力的作用下，加劇工件彎曲與振動，因此，切削速度不能過高。

針對上述情況采取的措施是:用一頂一夾或兩頂尖裝夾細長軸加工。為了增加工件的剛性，采用跟刀架做輔助支撐。

跟刀架隨車刀的進給而移動，抵消背向力，并可以增加工件的剛性，減小變形，從而提高細長軸的形狀精度和減小表面粗糙度值。

2 專用跟刀架設(shè)計

(1)兩爪正向車削跟刀架

圖1所示是第一種車細長軸用的兩個支撐爪的跟刀架，用于正向進給車削細長軸，車刀在軸承的左面，跟刀架體14由鋼板制成，1個柄固定在小刀架1上，車刀4靠在鋼板上的2個銷子3上，由2個壓板5固定，2個軸承10用軸8、鎖緊螺母9緊固在2個可調(diào)位鋼板13上，對直徑不同的軸料7進行調(diào)位，車削細軸時可得到有效支撐。

(2)兩爪反向車削跟刀架

圖2所示是第二種車細長軸用的2個支撐爪的跟刀架，用于浮動夾緊和反向進給車削細長軸，車刀在軸承的右面，跟刀架體14由鋼板制成，1個柄固定在小刀架1上，車刀4靠在鋼板上的2個銷子3上，由2個壓板5固定，2個軸承10用軸8、鎖緊螺母9緊固在2個可調(diào)位鋼板13上，對直徑不同的軸料7進行調(diào)位，車削細軸時可得到有效支撐。

從上面2個跟刀架的設(shè)計原理來看，只需2只支承爪即可達到要求。車削時，總切削力，工件本身向下的重力，使工件貼合在跟刀架的兩個支承爪上。采用兩只支承爪托起工件，上面由車刀抵住，使工件上下左右都不能移動，車削時穩(wěn)定，不易產(chǎn)生振動。

(3)三爪正向車削跟刀架

圖3所示是第三種車細長軸用的3個支撐爪的跟刀架，用于正向進給車削細長軸，車刀在軸承的左面，使用時，將跟刀架體11固定在車床刀架8上，調(diào)節(jié)支撐螺栓1使其與車床溜板14接觸，跟刀架體上開有3個槽，滑板3可沿槽做徑向調(diào)動后，用螺栓5固定，車刀10由螺釘12垂直固定在跟刀架體11上，車削時，徑向車削力主要由車床溜板14承受。

從圖3跟刀架的設(shè)計原理來看，3個支撐軸承穩(wěn)定住工件，上面由車刀抵住，使工件上下左右都不能移動。與2個支撐爪的跟刀架相比，該跟刀架有車削平穩(wěn)，加工質(zhì)量高的優(yōu)點。

3 帶滾動軸承的跟刀架的結(jié)構(gòu)與普通跟刀架的比較

帶滾動軸承的跟刀架的結(jié)構(gòu)與普通跟刀架基本相同。不同之處在于支撐爪前端裝有滾動軸承，以滾動摩擦替代滑動摩擦，它的優(yōu)點是能高速切削，不會研傷工件表面，缺點是同軸度稍差。

用硬性支撐跟刀架車削時，必須充分澆注切削液，以減少支承爪的磨損。帶滾動軸承的跟刀架中用密封黃油潤滑的滾動軸承支撐工件，可以免去用硬性支撐時需經(jīng)常加潤滑油的缺點。

用跟刀架車削時，若支承爪的接觸壓力過大，會使工件產(chǎn)生“竹節(jié)形”的形狀誤差。若支承爪的的接觸壓力過小，甚至沒有接觸，就沒有起到增強剛度的作用。用硬性支撐跟刀架車削時，能達到各個支承爪正確支承的感覺是很重要的，為此要求每個支承爪都能如精密配合的滑動軸承的內(nèi)壁一樣，保持相同的微小間隙，作自由滑動。應(yīng)隨時注意跟刀架各個支承爪的磨損情況，并及時調(diào)整和補償。在調(diào)整跟刀架支承爪的接觸壓力時，需要特別小心，而且費很多時間。往往不是增加了支承爪的磨損，就是出現(xiàn)支承爪的接觸壓力過小，甚至沒有接觸，沒有起到增強剛度的作用。用帶滾動軸承的跟刀架時，因為不擔(dān)心支承爪的磨損的問題，滾動軸承支承爪能充分和工件接觸，往往不會出現(xiàn)支承爪的接觸壓力過小，甚至沒有接觸，沒有起到增強剛度的作用的情況。

4 結(jié)語

綜上可知，車削細長軸時，不論對刀具、機床、輔助工具的精度，工藝安排與操作技能都應(yīng)有較高的要求，有時還需要配備一些專用工藝裝備來完成，是一項工藝性較強的綜合技術(shù)。

［1］李華.機械制造技術(shù)［M］.北京:高等教育出版社，2008.

［2］徐嘉元.機械制造工藝學(xué)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2010.

［3］李云.機械制造工藝學(xué)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1994.