细长轴的车削加工
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作者: 邓守峰
【摘 要】轴类零件广泛应用于机械设备中，轴类零件的加工质量直接影响到机器设备的装配精度和运行使用，其中，细长轴由于自身刚性低，加工难度较大，本文根据笔者的实际体会，对细长轴加工过程中的一些技术细节做一分析。
【关键词】细长轴 车削 装夹 精度 热变形
【中图分类号】TG51 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）07-0176-02
一 轴类零件的加工特点
轴类零件主要应用于支撑传动零件、承受载荷和传递扭矩，轴类零件在使用中通常都要求回转。轴类零件的加工应满足以下技术要求：强度、刚度、尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度。同时，在结构上应能保证零件在轴上的定位可靠、准确，也便于拆卸和维修调整。
二 细长轴加工问题分析
1.刚性差
长径比大于20的轴一般称为细长轴。细长轴虽然外形简单，但因尺寸原因刚性很差，加工过程中的离心力、切削力、工件的重力、切削热以及机床的震动都可能使它发生较大的变形，造成细长轴的形状、尺寸超差，甚至由于切削深度的变化而造成崩刀或工件折断。
2.易弯曲
细长轴的长度大，在受热膨胀时，轴向产生较大变形，如果装夹两端为固定支撑，则工件因热膨胀而弯曲。
三 改进细长轴加工质量的措施
根据对细长轴加工时出现问题原因的分析，可以采用以下几项措施提高加工质量：
1.毛坯的正确装夹
细长轴加工主要需要解决的一个问题就是工件加工时在各种外力作用下的变形，合理的装夹方式可以部分解决这个问题。
一夹一顶和双顶尖装夹：这两种方法是装夹细长轴的常用方法。采用夹盘和顶尖或者双顶尖来对工件进行定位和夹紧，它的优点是通过尾座顶尖的支撑，可以增加工件刚性，减少因刚性不足产生的变形，并且所用工具为机床标准配置，装夹方便成本低，缺点是容易产生过定位，而且它们的作用力可能会使工件弯曲，也无法释放工件的热变形。改进方法一般采用弹性顶尖，防止轴向过定位的同时也可以释放工件的热变形。另外，在夹盘与工件之间安装钢丝，使夹盘与工件的接触为线接触，也可以有效防止轴向的过定位，同时在工件受热伸长时，可以向夹盘内伸展而不会弯曲变形。
使用尾座顶尖时，应注意套筒伸出长度，伸出过长会降低工件刚性。
2.采用辅助支撑改善工件受力情况
细长轴在加工时的变形主要来自各种外力的作用，如重力、离心力、切削力等。因此可以通过增加一些辅助支撑来平衡这些外力，从而增加工件的刚性和稳定性，提高加工质量。常用的辅助支撑主要有中心架和跟刀架。
中心架辅助支撑：使用中心架对工件进行辅助支撑，可以有效改善工件的受力情况，减少工件因刚性不足而产生的变形和震动。中心架一般安装在毛坯的中间位置，并对安装位置预先进行加工，保证良好的表面质量和圆柱度，使支撑可靠并减少对支撑爪的磨损。使用时要在支撑爪和工件的支撑位置上涂抹润滑油脂，并且要调整支撑爪的位置，保证中心架支撑时工件的回转轴线与车床主轴轴线重合。
使用中心架辅助支撑时，车刀无法对整个毛坯进行连续切削，所以一般在零件精度要求较高且允许掉头加工时再次选用。
跟刀架辅助支撑：跟刀架的作用与中心架类似，都是在加工时对工件进行辅助支撑，平衡径向切削力。但跟刀架安装在床鞍上，可以随着车刀的切削过程同步移动，所以跟刀架安装后在同一工序中可不需调整位置，并且不影响车刀的连续切削过程，可有效提高细长轴的加工精度和表面质量。常见的跟刀架有两爪支撑和三爪支撑，三爪支撑可平衡多方向受力，改善细长轴的加工效果会更好一些。
使用跟刀架时需要注意几个问题，首先主轴转速不宜过高，并且要在支撑爪上涂抹润滑油，防止过度磨损。另外，使用跟刀架时，支撑力要调整合适，过松起不到支撑作用，过紧影响工件的形状精度，容易加工出竹节形，即工件外圆尺寸时大时小，车削深度的周期性变化也会改变机床受力情况，从而影响加工质量。
3.采用右偏刀反向切削
左偏刀切削时，切削力的方向指向夹盘，其合力容易使工件变形弯曲，为了消除这种影响可以采用右偏刀反向切削，这样切削力的方向使工件向尾座方向拉长，从而减小工件的变形，改善加工条件。
4.合理的切削参数选择
切削参数主要指切削深度、进给速度、切削速度和主轴转速等。在同等装夹情况下，切削参数的改变会直接影响工件受力、发热情况，从而影响工件的加工稳定性和加工精度。
一般来说，切削深度增加，切削力变大，工件的热变形也会增加，从而降低工件的稳定性。所以在细长轴的加工中，应尽可能减小切削深度。相对来说，进给速度的增加，对切削力增大的影响较小，所以，为保证加工精度和合理的加工效率，一般细长轴车削采用小切深、大进给的方法。
主轴转速增加会增大工件所受离心力，增大工件的变形，但主轴转速的增加同时会增加刀具的切削速度，提高刀具与工件切削层的温度，使刀具与工件之间的轴向摩擦力减小，改善工件受力情况。所以，主轴转速应控制在一定范围内，并且轴类零件的长径比越大，转速应该越低。
5.有效冷却，保持车刀锋利
细长轴在加工时，应浇注充分的切削液，并使刀具保持锋利，从而有效降低工件加工时的温度，减少工件热变形，提高加工精度延长刀具使用寿命。
以上是提高细长轴加工质量的一些措施，只要改善细长轴的受力状态、降低细长轴的变形、弯曲，相信一定会解决好这个问题。
参考文献
[1]王公安主编.车工工艺学（第四版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2005
[2]倪森寿主编.机械制造工艺与装备（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2009
[3]赵志修主编.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1985
〔责任编辑：范可〕
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