1、 超 细 长 轴 的 加 工 摘要 细长轴的长径比大于 20，刚性很差，在加工中产生的切削力、切削热、振动等因素都将直接影响工件加工的尺寸精度和形位精度。加工难度大，当用较高的切削速度加工长径比大于 100的细长轴时，则加工难度更高。细长轴常规的加工方法为一夹一顶或两顶，而本文介绍的是一种新的加工方法 两拉加工法。 关键词 细长轴 两顶 两拉 前言 以前我车间加工长径大于 40，直径公差、形位公差为 6级精度的细长轴，采用常规的加工方法装夹加工，很难达到加工要求，且经常造成产品在精加工时报废，而影响产品交付日 期、大大提高加工成本。我们经过多次分析、试验，在零件热处理、装夹、加工方法、刀具等方
2、面采取了一定的技术措施，可加工出长径比大于 100，直径公差、形位公差较高的细长轴。直径值小于 5mm的超细长轴可用“两位”方法直接加工；由于工件自身重力的作用，直径大于 5mm 的超细长轴要采用“跟刀架、中心架”与“两拉”联合使用的方法加工。 正文 由于细长轴的长、径比很大，刚性很差。在车削时，受切削力、装夹力、自身重力、切削热、振动等因素的影响，容易出现以下问题： （ 1）切削时产生的径向切削力与装夹径向分力的合力，会使工件 弯曲，工件旋转时引起振动，从而影响加工精度和表面质量。 （ 2）由于工件自重变形而加剧工件的振动，影响加工精度和表面质量。 （ 3）工件转速高时，离心力的作用，加剧了
3、工件的弯曲和振动。 （ 4）在加工中，由于切削热作用，也会引起工件弯曲变形。 因此，在车削细长轴时，无论对刀具、机床、辅助工具、切削用量的选择，工艺安排和操作技能都有较高的要求。 1 合理选择切削参数 1.1 切削用量的选择 （ 1） 切削速度 V 的选择 ： 图一是没有再生颤振时的切削速度与振动强度及稳定 （ a） (b) 图一 车削速度对切削稳定性的影响 (a)切速 V 与振幅 A的关系曲线 (b)V 与 awlim 的关系曲线 性的关系曲线。从图（ a）可知，车削时， 一般当 V=3070m/mm的速度范围内，容易产生振动，此时相应的振幅有较大值，高于或低于这个范围，振动呈现减弱趋势。当
4、加工直径小于 10mm 时，取 v 30m/min；当加工直径大于 10mm 时，取 v 70m/min。图（ b）是极限切削宽度与切速的变化关系曲线。由图可知，在高速或低速范围进行切削，自振就不易产生。特别是在高速范围内进行切前，既可提高生产率，又可避免切削颤振，是值得采用的方法。 （ 2） 进给量 f 的选择：振动强度随进给量 f 的增大而减小，如图二（ a），极限切削 (a) (b) 图二 进给量 f 对切削稳定性的影响 (a) f 与 A的关系曲线 (b) f 与 awlim 的关系曲线 宽度随进给量的增大而增大，如图二（ b）。为了避免颤振的产生，在许可的情况下（如机床有足够的刚度，
5、足够的电机功率，工件的表面粗糙度参数值要较低等），应选取大的进给量。故粗车时取 f=0.15mm，半精车时取 f=0.1mm，精车时取 f=0.06mm。 （ 3） 切削深度 ap 的选择：车削时，切削宽度 aw=ap/sinkr，kr 为刀具的主偏角。切 削深 （ a） (b ) 图三 切削深度对切削稳定性的影响 (a)ap 和 A的关系曲线 (b)f 和 ap 对稳定性的影响 度对切削稳定性的影响如图三所示，由图可知随着 ap 增大，振动不断加大。当 f 增大时，极限切断深度也随之加大。所以，为了加大极限切削深度 aplim 必须增加进给量 f，这有利于发挥机床的功率，提高生产效率。故粗车
6、时取 ap =1mm，半精车时取 ap =0.5mm，精车时取 ap =0.1mm。 （ 4） 应尽量避免宽而薄的切屑的切削，否则极易颤振。 1.2 合理选择刀择刀具几何参数 刀具几何参数的合理选择，常 常是实现稳定切削简便而行之有效的方法。 （ 1） 前角 r0 ： 前角 r0 对振动的影响如图四所示，随着前角的增大，振动随之下降，但在切前速度较高的范围内，前角对振动的影响将减弱。由于细长轴车削速度一般不会太高， 图四 刀具前角对振动的影响 图五 刀具主偏角对振动强度的影响 故此在粗加工中取 r0=20，精车时取 r0=25。 （ 2） 主偏角 Kr 主偏角 Kr 对振动强度的影响见图五，当
7、切削深度和进给量不变时，随着主偏角的增大，振幅将逐渐减小，这是因为径向切削力减小了，同时实际切削宽度 aw 将减小。在粗车削细长轴时取 Kr=75 80，精车时取 Kr=85 90的刀具进行切削，可避免或减小振动。 （ 3） 后角 a0 一般来说，后角对切削稳定性无多大影响，但当后角减小到 23时，使振动有明显的减弱，在生产中也发现，后刀面有一定程度的磨损后，会有显著的减振作用。 （ 4） 刀具圆弧半径 rs 刀尖圆弧半径 rs 增大时，径向分量力随之增大，为避免自振 rs 越小越好。但随 rs 的减小，将会使刀具寿命降低，同时也不利于表面粗糙度的改善。故加工时，断屑槽宽度取 R1.5 3,刀
8、尖圆弧 r=0.5. 2 细长轴加工中应采用的技术措施。 （ 1） 细长 轴加工中传统的加工方法： 传统装夹方法一 两顶（即为一夹一顶），其一般都利用过定位原理，使用跟刀架或中心架作为辅助支撑来增加工件的刚性。通过调节尾座的回转中心提高工件的同轴度；在装夹时，尽量采用线接触以起到一定的方向调节的作用。这一加工方法，对要求不高的细长轴没有问题，但对于精度要求高或长径比很大的超细长轴就很难加工出合格产品。由于顶尖的顶力作用，致使轴在加工中受到的径向弯曲力加大，从而使轴的弯曲变形加大，轴的加工精度降低。再加之切削热及跟力架与中心架的摩擦热使工件产生热膨胀，工件胀长增大了轴的弯曲度，另外 跟力架与中心
9、架的脚爪中心线可能与轴中心线不完全同心。因此，一夹一顶的传统方法，加工超细长轴，即使使用中心架、跟刀架来增加零件的刚度，也不能很好的消除弯曲变形，加工精度低。 （ 2） 细长轴两拉加工法。 针对传统装夹方法的缺陷，可以采用两拉（即一夹一拉）的装夹方法来解决这一问题，装夹时仍需要在夹紧层上垫一开口钢丝圈，使工件与卡爪之间的夹持变为线接触，以起到类似万向节的作用，工件的另一端由改制的顶尖（如图六所示）拉紧，其拉紧力越大加工效果就越好。 根据前面的分析可知，两位加工方法，由于两端拉力，致使轴在 加工 中受的径向弯曲力减小，而使轴的弯曲变形减小； 图六 改制顶尖 再加之切削热及摩擦热是使工件受热膨胀增
10、长，两拉作用力能很好地防止工件胀长顶死而弯曲变形，故此，两拉加工方法与传统加工方法相比，能有效地提高工件的加工精度。 （ 3） 细长轴的两拉车削工艺： 细长轴一般采用先按改制后的顶尖内螺纹孔配车拉螺纹：粗车半精车精车拉螺纹。装夹中如用跟刀架或中心架，应注意保证其各脚爪面有 80% 90%的部位与工件配合。装刀要高于中心线 0.1mm，以减小切削力。 首先：校直工件，然后进行粗车，切削时如没有出现问题，中途不 能停车，因车刀不断有正常磨损，所以不时要用外卡（凭经验）测量刚切削出来的轴径变化。同时应适当微量进刀，补偿车刀的磨损量，粗车后表面粗糙度可达 12.5。如开始切削工作出现有竹节、麻花、振纹
11、等现象时，要退刀，这时可减慢一档速度或轴中间加可摆动的木垫作辅助支承（视加工轴的大小），即可减少离心力起减振作用。要注意的是：“粗车第一刀一定要切净黑皮”。因工件表皮的硬度不一，且有弯曲，所以粗车后的轴一定有弯曲变形现象，要视变形大小，再交校直工件。 其次：半精车，换上车刀，换上小一级数的跟刀架、中心回、卡爪的脚爪（视轴的大 小而定），重复粗车时的各项程序进行切削，半精车后轴通常不会弯曲变形，表面粗糙度可达 6.3 左右。 最后：精车，刃口与工件接触面约是进给量的 1.52 倍，如采用低速精车，中途可随意停车测量工件尺寸变化，也可在切削中作微量补偿进给。这样虽然便于控制工件尺寸精度。但不便于提
12、高其表面质量。我们在生产中多采用红硬性、耐磨性都很好的刀片，进行较高速切削，尺寸精度可达 6 级，表面粗糙度可达 1.6以上。 （ 4） 采用合理的进给方式 采用反向进给，即车刀向尾座方向作进给运动，这样作的目的是减小车削的轴向分力对工件弯曲变形的不利影响，工件已加工部分受轴向拉伸，弯曲变形减小。且反向进给相对于正向进给而言，平稳性和抗振性好，更容易保证产品的质量。 （ 5）使用冷却液充分冷却 在零件加工时，由于切削热引起零件变形，变形量公式为： L=L.a. t 式中： L 工件伸长量，单位为 mm L 工件总长，单位为 mm a 材料线膨胀系数， 1um/ t 工件升高温度， 。 由变形量
13、公式可知，热度形量与温升成正比，因此，必须有效控制零件温升。采用 冷却液对加工工件进行充分冷却、润滑，吸收切削产生的热量，改善刀具与工件的摩擦情况，降低切削热、减小热变形和刀具磨损，从而提高加工精度。 结 论：通过多次实验，按照本文提出的加工方法能加工各种超细长轴，包括比车床加工范围长两倍以内的细长轴，能保证工件的尺寸精度和形位精度。 参考文献 1、机械制造工艺学（修订本）机械工业出版社出版 1982 年 1月北京第一版 2、金属切削工具 上海科学技术出版社出版 1984 年 12 月第 1版 3、金属工艺学 高等教育出版社出版 1982 年 4月第 2 版 本文作者 (姜广美 ),请 您在阅
14、读本文时尊重作者版权。 摘要 : 从细长轴车削加工的特点入手 ,着重研究和探讨在细长轴车削加工中 ,车刀主要几何参数的选择、切削用量三要素的选择 ,以及车削细长轴经常遇到的问题的处理方法 ,这对生产实践具有很好的指导作用。 关键词 : 细长轴 ;几何参数 ;切削用量 ;解决办法 1 细长轴的加工特点 所谓细长轴是指轴的长径比 l/d 20 的轴 ,当 l/d 100 时则称为细长杆。细长轴加工特点 : 1)刚性差细长的工件由于自重下垂 ,高速旋转时受到离心力、车削时受到切削力都极易使其产生弯曲变形。工件弯曲越大 ,车削时振动越 大 ,表面质量精度也越难以保证。 2)热变形大细长轴车削时热扩散性
15、差、线膨胀大 ,当工件两端顶紧时易产生弯曲变形。 3)加工疵病多在细长轴加工的整个工艺过程中 ,要求操作者技术水平高 ,操作细心 ,如某一加工环节处理不当 ,就容易产生问题 ,如径向跳动、弯曲及产生竹节、波纹、锥度等加工疵病。因此 ,在车削细长轴时 ,对机床的调整、辅具的应用、刀具、切削用量等都提出了较严格的要求。 2 具体措施 2.1 使用中心架或跟刀架 1)使用中心架支承车细长轴。中心架直接支承在工件中间 当工件可以分段车削时 ,中心架支承在工件中 间 ,这样支承 ,L/d 值减少了一半 ,细长轴车削时的刚性可增加好几倍。在工件装上中心架之前 ,必须在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽
16、 ,表面粗糙度及圆柱度误差要小 ,否则会影响工件的精度。车削时 ,中心架的支承爪与工件接触处应经常加润滑油。为了使支承爪与工件保持良好的接触 ,也可以在中心架支承爪与工件之间加一层砂布或研磨剂 ,进行研磨抱合。 2)用过渡套筒支承车细长轴。用上述方法车削支承承中心架的沟槽是比较困难的。为了解决这个问题 ,可加用过渡套筒的处表面接触。过渡套筒的两端各装有四个螺钉 ,用这些螺钉夹住毛坯工件 ,并 调整套筒外圆的轴线与主轴旋转轴线相重合 ,即可车削。 3)使用跟刀架支承车细长轴。跟刀架固定在床鞍上 ,一般有两个支承爪 ,跟刀架可以跟随车刀移动 ,抵消径向切削时可以增加工件的刚度 ,减少变形。从而提高细长轴的形状精度和减小表面粗糙度。跟刀架的设计原理来看 ,只需两只支承爪就可以了 ,因车刀给工件的切削抗力 ,使工件贴住在跟刀架的两个支承爪上。但是实际使用时 ,工件本身有一个向下重力 ,以及工件不可避免的弯
