細(xì)長(zhǎng)軸的加工

工件的長(zhǎng)度L與直徑d之比大于25（即長(zhǎng)頸比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，甚至無(wú)法加工。雖然細(xì)長(zhǎng)軸的加工難度大，但卻有加工普通工件的共性（如：切削方式、工件安裝、車削的選擇和裝夾等方面）；選擇加工各種高品質(zhì)軸類零件認(rèn)準(zhǔn)鈦浩機(jī)械，專業(yè)品質(zhì)保障！因?yàn)閷I(yè)，所以卓越！本文論述了在細(xì)長(zhǎng)軸車削加工過(guò)程中的一些難點(diǎn)和解決方法：抓住車削共性，再結(jié)合細(xì)長(zhǎng)軸的個(gè)性，解決剛度、熱變形伸長(zhǎng)及合理選擇車刀的幾何參數(shù)等三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，細(xì)長(zhǎng)軸的車削也就順心應(yīng)手了。

一、細(xì)長(zhǎng)軸車削過(guò)程中遇到的問(wèn)題

工件的長(zhǎng)度L與直徑d之比大于25（即長(zhǎng)頸比L/d>25）的軸類工件稱為細(xì)長(zhǎng)軸。細(xì)長(zhǎng)軸剛性差，使用機(jī)床、刀具、夾具、工件的工藝系統(tǒng)剛性不足，切削中易產(chǎn)生振動(dòng)變形，造成加工困難。在加工過(guò)程中，所遇到的主要問(wèn)題是：

1、工件受切削抗力而產(chǎn)生振動(dòng)和出現(xiàn)彎曲變形，使幾何精度和表光潔度降低。

2、在切削過(guò)程中工件吸收的切削熱，會(huì)導(dǎo)致工件產(chǎn)生較大的軸向線膨脹，加劇彎曲變形，增加振動(dòng)，甚至使工件擠死在兩頂尖之間，造成無(wú)法加工。

3、長(zhǎng)頸比愈大，自重力愈大，工件在高轉(zhuǎn)速下，產(chǎn)生的離心力也愈大，上下跳動(dòng)也就嚴(yán)重影響加工質(zhì)量。

4、刀具的幾何角度、切削用量和加工工藝方法等選擇不當(dāng)，會(huì)使切削力加大，變形和振動(dòng)加劇。

5、工件彎曲和振動(dòng)，使車削加工必須采用較低的轉(zhuǎn)速和切削深度，限制了生產(chǎn)效率的提高。

6、工件在徑向切削力作用下，車削已加工的工件外形容易形成兩端小、中間大，還易出“扎刀”現(xiàn)象。

7、機(jī)床調(diào)整不當(dāng)，易產(chǎn)生錐形誤差；夾具調(diào)整不當(dāng)，易造成彎曲和產(chǎn)生“竹節(jié)形”、“菱形”等。

二、解決問(wèn)題的措施

在生產(chǎn)實(shí)際中，為了確保細(xì)長(zhǎng)軸的加工精度和表面質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，我們采取了以下措施：

1、為了彌補(bǔ)細(xì)長(zhǎng)軸的剛性不足，在車削中，應(yīng)采用跟刀架，以提高工件的剛性，減少變形。

2、注意具體操作方法，有較嚴(yán)格的工藝要求和措施，以保證整個(gè)工藝系統(tǒng)的剛性，讓工件獲得必要的幾何精度和表面光潔度。

3、采用由左至右反方向車削；減小內(nèi)應(yīng)力和彎曲變形，保證直線度及尺寸精度，加工效率高，適應(yīng)性強(qiáng)。

4、合理選用切削用量，以及刀具幾何角度及參數(shù)。

三、反方向走刀法車削細(xì)長(zhǎng)軸

1、加工幾何精度及表面質(zhì)量要求高。采用常規(guī)加工方法都是主軸和尾座間裝夾工件，兩端無(wú)伸縮性，工件在切削力和熱膨脹的影響下，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和彎曲變形，不易保證直線度及尺寸精度。而反方向走刀法是克服上述現(xiàn)象的一種方法，適于中速粗車和大走刀低速精車，并具有適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)機(jī)床精度要求不高，加工效率較高等特點(diǎn)。

2、加工原理：反方向車削，就是從車床主軸朝尾座方向進(jìn)給，車削中將工件夾緊在三爪自定心卡盤上，使被夾緊一端成為不可縱向竄動(dòng)的固定點(diǎn)。這時(shí)，切削中產(chǎn)生的縱向切削沿工件軸線趨向尾座方向，由于軸向力的作用拉緊了工件，增加了工件的實(shí)際剛度，不致于出現(xiàn)彎曲（弓形）變形。同時(shí)，反方向車削走刀時(shí)，采用較大的進(jìn)給量，這樣就增大了縱向切削力，減輕徑向圓跳動(dòng)及減少和消除大幅度振動(dòng)，保證了被加工表面質(zhì)量。

3、工藝特點(diǎn)：

（1）改變常規(guī)加工方法裝夾工件的方式，將面接觸改為線接觸，減少了應(yīng)力變形。

（2）尾頂尖改用有伸縮性的彈簧頂尖，消除了工件由于熱伸長(zhǎng)所造成的強(qiáng)迫彎曲。

（3）使用三爪跟刀架，能更好地保證向心平行運(yùn)動(dòng)，防止細(xì)長(zhǎng)軸車削中發(fā)顫。（注意：加工前先將跟刀架松開，然后開車吃刀。迅速將跟刀架跟上，接觸跟刀架時(shí)不退刀不停車，并且跟刀架支柱爪與軸表面的調(diào)整力度要適當(dāng)，以不將軸件頂變形為適合，防止過(guò)松或過(guò)緊，跟刀架支柱爪與軸表面的接觸要嚴(yán)密，軸、爪時(shí)潤(rùn)滑配合，這樣切削下去，可避免細(xì)長(zhǎng)軸形成竹節(jié)形。）

（4）由車頭向尾座方向走刀切削，軸向切削力拉直工件已切削部分并推進(jìn)工件待加工部分向尾座方向移動(dòng)。

（5）粗車后在半精車和精車前，應(yīng)對(duì)軸件再進(jìn)行一次校正，將粗車中產(chǎn)生的頂尖孔誤差和位移誤差校正過(guò)來(lái)，消除內(nèi)應(yīng)力。

四、刀具的選擇和使用

由于細(xì)長(zhǎng)軸剛性不足，要求徑向切削力越小越好。因此，對(duì)刀具要求刀刃鋒利，切削輕快，排屑順利，耐用度高。原則是在不影響刀具強(qiáng)度的前題下，盡量加大前角和主偏角。常用主偏角φ=75°～90°，前角γ=28°～30°。硬質(zhì)合金刀片為yT15，刀桿為45優(yōu)質(zhì)碳素剛。主偏角φ=75°。其主切削刃前角γ=25°，棱前角也是25°，倒棱0.4～0.8mm，由于有倒棱和R4mm斷屑槽的作用，所以有很好的斷屑性能。同時(shí)，由于刀尖角度的增大，增加了刀尖強(qiáng)度和散熱條件。車刀主后角α=8°，倒棱0.1～0.3mm，棱后角為-12°，這樣，就增加了車刀后隙面支持在工件上的接觸面積，防止了由于工件材料內(nèi)部組織不均勻而產(chǎn)生的啃刀現(xiàn)象，并可消除低頻率振動(dòng)。

1、精車刀。刀具結(jié)構(gòu)采用彈性刀桿，起到消振作用，改善切削條件，硬質(zhì)合金刀片采用YT15，裝刀時(shí)要使刀尖低于軸件中心0.1mm。刀刃較寬，修光刀刃8～10mm。

可保持車刀與軸件有一定的接觸面積，刀刃頂著軸件進(jìn)行車削，可防止車削力變化時(shí)引起啃刀的疵病。主偏角很小，以形成薄的變形小的切削，有利于提高被加工表面光潔度，前角γ=30°，使切削輕快。

五、選擇合理的切削用量

反向車削細(xì)長(zhǎng)軸中，對(duì)切削用量有特殊要求。要求取最大的進(jìn)給量f，以增加工件軸向拉應(yīng)力，防止工件大幅度振動(dòng)。但切削用量的選擇受到加工表面幾何形狀誤差的限制，通常選擇的次序?yàn)椋合热∽畲蟮倪M(jìn)給量，其次取最大被吃刀量ap，最后取最大的切削速度v。實(shí)踐證明，當(dāng)工件長(zhǎng)度與直徑之比為40～120時(shí)，若v=40m/min，f最好取0.35～0.5mm/r；若v=45～100m/min，f取0.6～1.2mm/r為宜。在實(shí)際操作中切削用量選擇：粗車時(shí)，切削速度為50～60m/min，進(jìn)給量為0.3～0.4mm/r，切削深度為1.5～2mm；精車時(shí)，切削速度為60～100m/min，進(jìn)給量為0.08～0.12mm/r，切削深度為0.5～1mm。

六、車細(xì)長(zhǎng)軸的裝夾方法

（一）由于細(xì)長(zhǎng)軸本身剛性差（L/d值愈大，剛性愈差），在車削過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：

1、工件受切削力，自重和旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力的作用，會(huì)產(chǎn)生彎曲，振動(dòng)，嚴(yán)重影響其圓柱和表面粗糙度。

2、在切削過(guò)程中，工件受熱伸長(zhǎng)產(chǎn)生彎曲變形 ；車削就很難進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使工件在頂尖間卡珠。因此，在車削細(xì)長(zhǎng)軸是一種難度較大的加工工藝。雖然在車削細(xì)長(zhǎng)軸的難度較大，但它也有一定的規(guī)律性，主要抓住中心架、跟刀架的使用，解決工件熱變形伸長(zhǎng)以及合理選擇車刀幾何形狀等三各關(guān)鍵技術(shù)，問(wèn)題就迎刃而解了。

（二）使用中心架支承車細(xì)長(zhǎng)軸。

在車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，可使用中心架來(lái)增加工件剛性。一般在車削細(xì)長(zhǎng)軸使用的方法有：

1、中心架直接來(lái)支承工件中間 當(dāng)工件可以分段車削時(shí)，中心架支承在工件中間，這樣支承，L/d減少了一半，細(xì)長(zhǎng)軸車削時(shí)的剛性可增加好幾倍。在工件裝上中心架之前，必須在毛坯中部車出一段支承爪的溝槽，表面粗糙度及圓柱度誤差要小，否則會(huì)影響工件的精度。選擇加工各種高品質(zhì)軸類零件認(rèn)準(zhǔn)鈦浩，專業(yè)品質(zhì)保障！車削時(shí)，中心架支承在工件中間與工件接觸處應(yīng)經(jīng)常加潤(rùn)滑油。為了使支承爪與工件保持良好的接觸，也可以在中心架支承爪與工件之間加一層砂布或研磨劑，進(jìn)行研磨抱合。

2、用過(guò)渡套筒支承車細(xì)長(zhǎng)軸 用上述方法車削支承中心架的溝槽是比較困難的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可加用過(guò)渡套筒的表面接觸。過(guò)渡套筒的兩端各裝有四個(gè)螺釘，用這些螺釘套筒外圓的軸線與主軸旋轉(zhuǎn)線重合，即可車削。

3、使用跟刀架支承車削細(xì)長(zhǎng)軸跟刀架固定在床鞍上，一般有兩個(gè)支承爪，跟刀架可以跟隨車刀移動(dòng)，抵消徑向切削時(shí)可以增加工件的剛度，減少變形。從而提高細(xì)長(zhǎng)的型狀精度和減小表面粗糙度。從跟刀架的設(shè)計(jì)原理來(lái)看，只需兩只支承爪就可以了，因車刀給工件的切削抗力Fr，使工件貼住在跟刀架的兩各支承爪上。但實(shí)際使用時(shí)，工件本身有一個(gè)向下重力，以及工件不可避免的彎曲，因此，當(dāng)車削時(shí)，工件往往因離心力瞬時(shí)離開支承爪，接觸支承爪而產(chǎn)生振動(dòng)。如果采用三只支承爪的跟刀架支承工件一面由車刀抵住，使工件上下，左右都不能移動(dòng)，車削時(shí)穩(wěn)定，不易產(chǎn)生振動(dòng)。因此車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題是要應(yīng)用三爪跟刀架。

4、車削時(shí)，由于切削熱的影響，使工件隨溫度而逐漸伸長(zhǎng)變形，這就叫“熱變，在車削一般軸類可不考慮熱變形伸長(zhǎng)的問(wèn)題，但是車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，因?yàn)楣ぜ扉L(zhǎng)量長(zhǎng)，所以一定要考慮熱變形的影響。工件熱變形伸長(zhǎng)量可按下式計(jì)算。

ΔL=aLΔt

式種a-材料線膨脹系數(shù)。1/℃

L-工件的總長(zhǎng)，mm;

Δt-工件升高的溫度，℃

常用材料的線膨脹系數(shù)，可查閱有關(guān)附錄表。

例：車削直徑為25mm，長(zhǎng)度為1200mm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(lái)的21℃上升到61℃，求這根細(xì)長(zhǎng)軸的熱變形伸長(zhǎng)量。

解：以知L=1200mm;Δt=61℃-21℃=40℃;查表知，45鋼的線膨脹系數(shù)a=11.95×10-6 1/℃

根據(jù)公式（9.5）的：

ΔL=aLΔt=11.59×10-6×1200×40=0.556㎜

從上式公式計(jì)算可知，細(xì)長(zhǎng)軸熱變形伸長(zhǎng)量式是很大的。由于工件一端夾住，一端頂住，工件無(wú)法伸長(zhǎng)，因此只能本身產(chǎn)生彎曲。細(xì)長(zhǎng)軸一旦產(chǎn)生彎曲后，車削就很難進(jìn)行。減少工件的熱變形主要可采取以下措施：

1）使用彈性回轉(zhuǎn)頂尖，用彈性回轉(zhuǎn)頂尖加工細(xì)長(zhǎng)軸，可由較地補(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。

2）加注充分的切削液。車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，不論是低速切削還時(shí)高速切削，為了減少工件的溫度升高而引起的熱形變，必須加注切削液充分冷卻。使用切削液還可以防止跟刀架支承爪拉毛工件，提高刀具的使用壽命和工件的加工質(zhì)量。

3）刀具保持銳利。以減少車刀與工件的摩擦發(fā)熱。

七、切削液的選用：

1、粗車時(shí)，為了減少跟刀架與工件外圓的摩擦，減少溫度升高，在車削過(guò)程中應(yīng)采用柴油加入10%機(jī)油的混合液進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻。

2、精車時(shí)，為了提高表面粗糙度Ra，使切削輕快，使用豆油40%，機(jī)油30%，柴油30%混合液或植物油進(jìn)行充分的潤(rùn)滑冷卻。從而保證尺寸精度的控制，車削出合格的工件。

八、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加工細(xì)長(zhǎng)軸是一種難度較大的加工工藝，但通過(guò)采用上述一系列方法，從工件裝夾支撐，到采用合理選擇車刀幾何形狀等關(guān)鍵技術(shù)，解決了工件的表面質(zhì)量和熱變形伸長(zhǎng)，保證了機(jī)床——刀具——夾具——工件的工藝系統(tǒng)剛性。選擇加工各種高品質(zhì)軸類零件認(rèn)準(zhǔn)鈦浩機(jī)械，專業(yè)品質(zhì)保障！因?yàn)閷I(yè)，所以卓越！我們?cè)诩?xì)長(zhǎng)軸的加工過(guò)程中，有針對(duì)性的采用了在本文中論述的一些措施，對(duì)保證加工質(zhì)量，進(jìn)行高速車削，提高生產(chǎn)效率，取得了比較滿意的效果。在工作中我們還會(huì)遇到問(wèn)題和困難，不過(guò)只要我們應(yīng)用自己的知識(shí)、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)發(fā)展觀的思想指導(dǎo)工作思路，不斷創(chuàng)新，就可以克服一切困難。

在軸加工上，對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸這一種軸，其在加工上的注意事項(xiàng)或需注意的方面，如果進(jìn)行概括總結(jié)的話，那么，主要是有以下這幾個(gè)，是為：

一：要注意工件的裝夾方法

一般來(lái)講，在進(jìn)行軸加工的粗加工時(shí)，由于其切削余量是很大的，所以，工件受到的切削力，也是很大的。所以，在工件裝夾上，采用卡頂法，以及其尾座頂尖采用彈性頂尖，那么，是可以讓工件在軸向上自由伸長(zhǎng)。而在高速和大量切削時(shí)，是不適用的，所以，應(yīng)采用卡拉法，來(lái)避免出現(xiàn)各種問(wèn)題。選擇加工各種高品質(zhì)軸類零件認(rèn)準(zhǔn)鈦浩機(jī)械，專業(yè)品質(zhì)保障！

二：采用合適的跟刀架

由于，跟刀架是細(xì)長(zhǎng)軸加工中的重要附件，所以，要使用合適的跟刀架，來(lái)抵消加工時(shí)徑向切削分力的影響，從而來(lái)減少切削振動(dòng)和工件變形。但是，需要注意的是，跟刀架的中心，應(yīng)比機(jī)床頂尖中心保持一致，這樣才行。

三：如有必要，可以采用反向進(jìn)給

在軸加工中，對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸的車削，常常是將車刀進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，這樣來(lái)式工件產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)的趨勢(shì)。不過(guò)，如果采用卡拉工具，并進(jìn)行反向進(jìn)給的話，那么，是可以避免細(xì)長(zhǎng)軸出現(xiàn)彎曲變形這一問(wèn)題的。而且，在車刀上，對(duì)于粗加工和精加工，是有不同要求的，所以，應(yīng)使用不同車刀，這樣才行。

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，甚至無(wú)法加工。雖然細(xì)長(zhǎng)軸的加工難度大，但卻有加工普通工件的共性（如：切削方式、工件安裝、車削的選擇和裝夾等方面）；

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