浅析细长轴车削加工工艺

浅析细长轴车削加工工艺

张涛

张涛（石家庄强大泵业集团有限责任公司）

摘要：所谓细长轴就是工件的长度与直径之比大于25（即L/D>25）的轴类零件称为细长轴。在切削力、重力和顶尖顶紧力的作用下，横置的细长轴是很容易弯曲甚至失稳，因此，车削细长轴时有必要改善细长轴的受力问题。采用反向进给车削，配合以最佳的刀具几何参数、切削用量、拉紧装置和跟刀架等一系列有效措施。结果提高了细长轴的刚性，达到了加工要求。

关键词：细长轴车削工艺变形加工质量预防措施

0引言

所谓细长轴就是工件的长度与直径之比大于25（即L/D>25）的轴类零件称为细长轴。在切削力、重力和顶尖顶紧力的作用下，横置的细长轴是很容易弯曲甚至失稳，提高细长轴的加工精度问题，就是控制工艺系统的受力及受热变形的问题。因此，采用反向进给车削，配合以最佳的刀具几何参数、切削用量、拉紧装置和轴套式跟刀架等一系列有效措施。以提高细长轴的刚性，得到良好的几何精度和理想的表面粗糙度，保证加工要求。

1细长轴类零件的工艺特点

1.1热变形大。细长轴车削时热扩散性差、线膨胀大当工件两端顶紧时易产生弯曲变形。

1.2刚性差。车削时工件受到切削力、细长的工件由于自重下垂、高速旋转时受到离心力等都极易使其产生弯曲变形。

1.3表面质量难以保证。由于工件自重、变形、振动影响工件圆柱度和表面粗糙度。

2提高细长轴加工精度的措施

2.1选择合适的装夹方法

2.1.1双顶尖法装夹法采用双顶尖装夹，工件定位准确，容易保证同轴度。但用该方法装夹细长轴，其刚性较差，细长轴弯曲变形较大，而且容易产生振动.因此只适宜于长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高、多台阶轴类零件的加工。

2.1.2一夹一顶的装夹法采用一夹一顶的装夹方式。在该装夹方式中，如果顶尖顶得太紧，除了可能将细长轴顶弯外，还能阻碍车削时细长轴的受热伸长，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。另外卡爪夹紧面与顶尖孔可能不同轴，装夹后会产生过定位，也能导致细长轴产生弯曲变形.因此采用一夹一顶装夹方式时，顶尖应采用弹性活顶尖，使细长轴受热后可以自由伸长，减少其受热弯曲变形；同时可在卡爪与细长轴之间垫入一个开口钢丝圈，以减少卡爪与细长轴的轴向接触长度，消除安装时的过定位，减少弯曲变形。

2.1.3双刀切削法采用双刀车削细长轴改装车床中溜板，增加后刀架，采用前后两把车刀同时进行车削。

两把车刀，径向相对，前车刀正装，后车刀反装。两把车刀车削时产生的径向切削力相互抵消。工件受力变形和振动小，加工精度高，适用于批量生产。

2.1.4采用跟刀架和中心架采用一夹一顶的装夹方式车削细长轴，为了减少径向切削力对细长轴弯曲变形的影响，传统上采用跟刀架和中心架，相当于在细长轴上增加了一个支撑，增加了细长轴的刚度，可有效地减少径向切削力对细长轴的影响。

2.1.5采用反向切削法车削细长轴反向切削法是指在细长轴的车削过程中，车刀由主轴卡盘开始向尾架方向进给.

这样在加工过程中产生的轴向切削力使细长轴受拉，消除了轴向切削力引起的弯曲变形。同时，采用弹性的尾架顶尖，可以有效地补偿刀具至尾架一段的工件的受压变形和热伸长量，避免工件的压弯变形。

2.2选择合理的刀具角度为了减小车削细长轴产生的弯曲变形，要求车削时产生的切削力越小越好，而在刀具的几何角度中，前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大。细长轴车刀必须保证如下要求：切削力小，减少径向分力，切削温度低，刀刃锋利，排屑流畅，刀具寿命长。从车削钢料时得知：当前角γ0增加10°，径向分力Fr可以减少30%；主偏角Kr增大10°，径向分力Fr可以减少10%以上；刃倾角λs取负值时，径向分力Fr也有所减少。

2.2.1前角(γ0)其大小直接着影响切削力、切削温度和切削功率.增大前角，可以使被切削金属层的塑性变形程度减小，切削力明显减小。

增大前角可以降低切削力，所以在细长轴车削中，在保证车刀有足够强度前提下，尽量使刀具的前角增大，前角一般取γ0=15°。车刀前刀面应磨有断屑槽，屑槽宽B=3.5~4mm，配磨br1=0.1~0.15mm，γ01=－25°的负倒棱，使径向分力减少，出屑流畅，卷屑性能好，切削温度低，因此能减轻和防止细长轴弯曲变形和振动。

2.2.2主偏角(kr)车刀主偏角Kr是影响径向力的主要因素，其大小影响着3个切削分力的大小和比例关系。随着主偏角的增大，径向切削力明显减小，在不影响刀具强度的情况下应尽量增大主偏角。主偏角Kr=90°（装刀时装成85°~88°），配磨副偏角Kr'=8°~10°，刀尖圆弧半径γS=0.15~0.2mm，有利于减少径向分力。

2.2.3刃倾角(λs)倾角影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及3个切削分力的比例关系。随着刃倾角的增大，径向切削力明显减小，但轴向切削力和切向切削力却有所增大。刃倾角在-10°～+10°范围内，3个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时，常采用正刃倾角+3°～+10°，以使切屑流向待加工表面。

2.2.4后角较小a0=a01=4°~6°，起防振作用。

2.3合理地控制切削用量切削用量选择的是否合理，对切削过程中产生的切削力的大小、切削热的多少是不同的。因此对车削细长轴时引起的变形也是不同的。粗车和半粗车细长轴切削用量的选择原则是：尽可能减少径向切削分力，减少切削热。车削细长轴时，一般在长径比及材料韧性大时，选用较小的切削用量，即多走刀，切深小，以减少振动，增加刚性。

2.3.1背吃刀量(ap)在工艺系统刚度确定的前提下，随着切削深度的增大，车削时产生的切削力、切削热随之增大，引起细长轴的受力、受热变形也增大。因此在车削细长轴时，应尽量减少背吃刀量。

2.3.2进给量(f)进给量增大会使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此细长轴的受力变形系数有所下降.如果从提高切削效率的角度来看，增大进给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。这是因为，随着切削速度的增大，切削温度提高，刀具与工件之间的摩擦力减小，细长轴的受力变形减小。但切削速度过高容易使细长轴在离心力作用下出现弯曲，破坏切削过程的平稳性，所以切削速度应控制在一定范围。对长径比较大的工件，切削速度要适当降低。

3结论

细长轴的车削加工是机械加工中比较常见的一种加工方式。由于细长轴刚性差，车削时产生的受力、受热变形较大，很难保证细长轴的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式和先进的加工方法，选择合理的刀具角度和切削用量等措施，可以保证细长轴的加工质量要求。