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中細長軸類工件的車削加工（gōng）

2018-5-21 來源：江蘇大學基礎工程訓練中心作者：肖克霞葉（yè）益民

摘要：細長（zhǎng）軸及細長（zhǎng）軸螺紋加工是機械加工中常見（jiàn）的較難車削的工件，由於細長（zhǎng）軸剛性差，車削時產生的（de）受力、受熱變形大，難保證加工廇量。通（tōng）過（guò）采用合理的工裝、選擇合理的切（qiē）削用量以及較好的刀具角度，則可確保細長軸和細長軸蟬紋加工（gōng）的質量及其精度。

在機械加工中，許多零件的（de）長度與（yǔ）直徑之比大於２０--２５（l／D＞２０--２５），如車床光（guāng）杆、絲杆、材料力學試驗台（本中心的主推產品）中的吊杆（見（jiàn）圖（tú）１）等，這類零件統稱為細長軸（zhóu）。細長（zhǎng）軸零件剛性差（chà）、抗彎能力弱，在車削過程中（zhōng）因受到切削力、重力及切削熱等因素的影響而易發生彎曲變形，使零件形成錐度、腰鼓形、水波（bō）紋及竹節紋等（děng）狀（zhuàng）況，不僅導致加工表麵質量嚴重惡化（huà），還縮短了機床和刀具壽命。

１．細長軸車削時產生變形的原因分析

在加工中，車削細（xì）長軸彎曲變形原因主要有：

（１）切（qiē）削力導致變形。在（zài）車削過（guò）程中（zhōng）產生（shēng）的切削力可分解為：軸向切削力廠、徑向（xiàng）切削力Ｆｐ和（hé）主切削（xuē）力Fzc。不同的（de）切削力對細（xì）長軸（zhóu）產（chǎn）生的彎（wān）曲變形影響是不一樣的。

軸向切削力Ｆ，．的影響（xiǎng）。軸向切削力是平行作用在細長軸軸（zhóu）線方向的力（lì），當軸向切削力（lì）超（chāo）過一定數值（zhí）時，就會把細長軸壓彎，從而使工件發生縱向彎曲變形（一般短軸類加工可忽略，它（tā）對工件彎曲變形的影響不是十（shí）分（fèn）大）。

徑向切削力ＦＰ的影響（見圖２）。徑向切削力是垂（chuí）直作（zuò）用在通過細長軸軸線水平平（píng）麵內（nèi）的，由（yóu）

於細長軸的剛性差，徑向（xiàng）力將會把細長軸頂彎，使其在水平麵內發生彎曲變形（xíng）。

(2)切削熱產生的影響。車削時，由於切削熱的影響，工件隨（suí）溫度升高而逐漸伸長變形，這種現象叫熱變形。

工件長度熱伸（shēn）長（zhǎng）量公式為

通過上式可看出，工件吊（diào）杆在加工時會伸長0.267mm。而在（zài）車削時（shí），卡盤和尾架頂尖是固定的，這樣兩者之間的（de）距離也（yě）是不變的，由於細長（zhǎng）軸受熱後伸長量受到限製，從而導致細長軸受到擠（jǐ）壓產生彎曲（qǔ）變形。因此，提（tí）高細長軸的（de）加工精度，要解決工藝係統的受力（lì）和受熱變形（xíng）。

2、解決細長軸車削（xuē）過程中變形的工藝方法

單位的教學產品材料力學多功（gōng）能試驗台中有一根吊杆長760mm、直接14mm（見（jiàn）圖（tú）3），是一個比較典型的細長軸零件。在最初（chū）的加工過程中由於加工工藝的不合理（lǐ），車出的工件很難達到圖樣的要求，使零件產生錐度、水波紋及竹節紋等（děng）（見圖（tú）4）缺陷。通過改進裝夾（jiá）方式、調整切削用量、改變切（qiē）削方式等加工工藝的（de）變化，最終加工出合格零件。

（1）采用一夾一頂方式（shì）。如（rú）果用普通頂尖，受切削熱影響（xiǎng），工（gōng）件肯定受到軸向擠壓麵產生彎曲變形，所以頂尖（jiān）采用彈性活頂（dǐng）尖（見圖（tú）5）使長軸受熱（rè）後可以自由伸長，提高加工精度（dù）。同時在卡盤卡爪與細長軸之（zhī）間墊入一個約3--5mm的開口鋼圈，減小卡爪與細長軸的軸向接觸長度，消除裝夾時的過定位（wèi），從（cóng）而減小彎曲變形（見圖（tú）6）。

采用滾珠接觸的跟刀（dāo）架（jià）。生產中用（yòng）跟刀架輔助（zhù）支撐，以增加工件（jiàn）剛性和（hé）穩定性。普通跟刀（dāo）架兩爪支承，但由於工件本事的向下重力和（hé）工件校直不理想，車削（xuē）時瞬時離開支承（chéng）爪，接觸支承爪時就產（chǎn）生振動，易形成（chéng）水波（bō）紋。最終選擇用滾（gǔn）珠接觸的三爪跟刀架，使工（gōng）件上下左右移（yí）動受限製，隻能繞軸線（xiàn）旋（xuán）轉，減小車（chē）削振動和工件（jiàn）變形，而且滾珠（zhū）接觸的（de）跟刀架將（jiāng）滑動摩（mó）擦變為滾動摩擦，可減小摩擦阻力。

使用跟刀架時注意（yì）：1、主軸轉速不能過高，給支（zhī）撐爪上潤滑油，防（fáng）止過度磨損。2、各爪（zhǎo）支撐力要調整合理，過鬆不能支撐，過緊影響工件形狀精度，容易出現竹節形兒影響加（jiā）工質量。

采用一夾一頂方式，方法（fǎ）簡潔，不需過多的輔助工具和其他輔助加工。

（2）采用反向切削法車（chē）削細長軸。切削時車刀由卡盤（pán）向尾架方向進給，稱為反向切削法（見圖7）。這時在加工中產生的軸向切削力使細長（zhǎng）軸承（chéng）受拉力，消除軸向切削力引起的變形。

反向切削法在加工（gōng）時，需預先加工出（chū）一段過渡軸，但不能保證其與加工軸同軸，所（suǒ）以決定不采用（yòng）。

（３）采用（yòng）雙刀（dāo）車削。雙刀車削（xuē）（見圖８）是采用前（qián）後兩把車刀同時進行車削。兩把車刀徑向相對，前刀正裝，後刀反裝。車（chē）削時兩把刀產生的徑向切削力相互抵消，因此（cǐ）工件受力變形、振動都（dōu）很小，加工的精度好。但需要改裝車床中滑板，增加後置刀架，所以成本變高（gāo），隻適用於專業大（dà）批量生產。

（４）合（hé）理選擇切削用量。切削速度（ｖ）的選擇。圖９所（suǒ）示（shì）為削速度（ｖ）的選擇。圖９所（suǒ）示為關係曲線（xiàn）。

從（cóng）圖９中可看出（chū），車削時（shí）ｖ—般在３０￣７０ｍ／ｍｉｎ的速度範圍內，容易產生振動，此（cǐ）時相應的振幅值較大；高於或低（dī）於這個（gè）範（fàn）圍，振動呈現減弱趨勢。所以（yǐ）當加工直徑（jìng）＜１５ｍｍ時，取ｖ＜３０ｍ／ｍｉｎ；當加工（gōng）直徑＞１５ｍｍ時，取ｖ＞７０ｍ／ｍｉｎ。

進給暈／的選擇。在機床功率剛性許４情況下選大進給量。根據經驗，粗車時取戶0.１５ｍｍ／ｒ，半精車時／＝０．１ｍｍ／ｒ，精車戶０．０６ｍｍ／ｒ。

背吃刀量（切削深度）的選擇。隨著（zhe）切削深度的增大，車削時產生的切削力、切削（xuē）熱隨之增大，起（qǐ）細長軸的受力、受－熱變形也（yě）增（zēng）大，因此在細長軸加工（gōng）時，應盡量減少切削深度。根據

５）合理選擇刀具角度。刀具幾何（hé）角度中前角、主偏角和刃傾角對切（qiē）削力的影響最大。前角ｙ。。前角大小直接（jiē）影響切削力、切削（xuē）溫度。增大前角可使（shǐ）被切削（xuē）金屬層的切削變形減小，通（tōng）過試驗可知，當前（qián）

（６）細長軸（zhóu）螺紋的加工。細長軸螺紋（Ｍ１２以下）在機床上難以加（jiā）工，通常采取的方式是用

板牙直接套出來（見圖１０）。

加工時用普通板牙裝置套螺紋，發現容易產生半邊切削，造成牙尖損壞（huài）、質量差、效率低和廢品（pǐn）率高的現象。現改裝普通（tōng）板牙套如圖１０所示，以彌補存在的（de）不足，提高細長（zhǎng）軸螺紋的加（jiā）工精度。

超長螺杆套（tào）絲（sī）夾具包括工裝超長螺杆（gǎn）套絲夾具包括工裝前麵有（yǒu）保證超長螺杆加工精度的圓（yuán）孔（圓孔主要（yào）起導向作用）和用來（lái）聯接圓孔的保持架，後麵有固定板牙圓套，圓套上有兩個（gè）螺紋孔（一個用來聯接支撐杆，另一個用來旋轉（zhuǎn）緊固螺釘，使板牙固定在圓套上）。在加工超長螺杆時，將棒料一端夾緊，另一端放在（zài）定位圓孔內（棒料直徑比圓孔（kǒng）直徑小０．０５￣０．１５ｍｍ），棒料旋轉（zhuǎn），超長螺（luó）杆套絲夾具（jù）向（xiàng）前走，棒料經過超長螺杆套絲（sī）夾具內板牙的加工，可（kě）加工出（chū）高精（jīng）度的超長螺杆。

（７）材力（lì）架吊杆的車削（xuē）方法。通過上述試驗分析，決定采用以下方法解決生產中（zhōng）出（chū）現的問題。

首先對機床（chuáng）進行了兩方麵的（de）調整：①車床主軸的調整，車床主軸過鬆，很容易造成在車削過適（shì）當（dāng）調緊，從而防止機床（chuáng）跳動和竄動對零件加工的不利影響。②尾座的調整，如果尾座的中心線和主軸的中心線不在一（yī）條水平線上，產生同軸度誤差，車出的工件一定會出（chū）現錐（zhuī）度。

其次對零件的加工（gōng）工藝（yì）進行分析，確定（dìng）了（le）加工工藝（見附表）。

經（jīng）過（guò）上述辦法可解決（jué）吊杆生產中出現（xiàn）的問題，使產品合格（見圖１１）。

加工工藝

３．結語

通過對車削加工中影響細長軸加工質量因素進行分析，將剛性（xìng）差、抗彎能（néng）力弱及受熱彎（wān）曲變形等問（wèn）題（tí），用調整機床的精度、改善裝卡方式、正確刃磨刀具角度和選擇合理切削用量等（děng）方法加以解（jiě）決，從而有效地提高細長軸的加工質量，確保其加工精度。

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