细长轴车削加工工艺研究

细长轴车削加工工艺研究

摘要：细长轴由于自身的特点，在对其进行车削加工时存在变形等问题致使加工精度不高。本文从减小受力弯曲变形、受热弯曲变形和合理控制车削用量三个方面，提出了一些措施，提高了细长轴车削加工的工艺质量。

关键词：细长轴车削加工精度

细长轴是指零件的轴长度与直径之比（L/D）大于20。在对细长轴进行车削加工时，由于其刚性较差等特点，零件易产生弯曲变形、振动等问题，大大降低了加工精度，故细长轴车削加工是金属车削加工工艺的难点[1]。为了提高细长轴车削加工精度，应分析加工误差产生的原因，并提出一些改进的工艺措施。

1、细长轴车削加工的问题与变形分析

1.1 细长轴车削加工的问题

细长轴车削加工主要存在以下问题[2]。

（1）易产生弯曲变形。细长轴产生弯曲变形的原因主要有刚性较差和热变形大。细长轴刚性较差，零件受自重影响、车削时受到切削力作用都能产生弯曲变形。细长轴热变形大，在车削过程中所产生的热量会使零件产生很大的线膨胀，而零件两端夹具的顶压作用限制了零件两端点的延伸，从而使零件被迫产生弯曲变形。

（2）工艺要求高。在对细长轴车削加工过程中，对于机床、夹具、刀具等有比较严格的要求，同时需要工作人员具有较高的技术水平和细心的工作态度。要是加工过程的某个环节处理不好就会产生问题，如径向跳动、产生波纹等。

1.2 细长轴车削加工的变形分析

在车床上车削细长轴是一般采用一夹一顶的装夹方式，即细长轴的一端用尾架顶尖支撑，另一端采用卡盘夹住，见下图1和2。下面分别分析细长轴在切削力作用下的受力弯曲变形和车削热作用的受热弯曲变形[3]。

径向切削力Fy对弯曲变形的影响。径向切削力与细长轴的轴线垂直，对p

2、提高细长轴车削加工精度的措施

根据对细长轴车削加工问题和变形分析的研究，我们可以从减小切削力造成的弯曲变形、减少热膨胀造成的弯曲变形、合理控制切削用量三个角度出发，提出可行的工艺改进措施，提高加工精度。

2.1 减小切削力造成的弯曲变形

2.1.1 使用中心架或支架

使用中心架时，将其安置在零件的中间，这样就有效的提高了零件的刚性，减小了径向切削力所造成的细长轴弯曲变形。为达到更好的发挥中心架的作用，可以将润滑油加在中心架承爪和零件接触处。

使用刀架时，将其安装在床鞍上，刀架随着车刀移动，这样就减小了径向切削造成的不利影响。为达到更好的发挥刀架的作用，可以采用三只支撑爪与刀架支撑零件一面由车刀抵住，稳定零件，减小振动。

2.1.2 合理选择装夹方式

应根据零件的实际情况选择合理的装夹方式。传统的装夹方式主要有两种，一夹一顶和双顶尖。一夹一顶前面已经介绍过，这种方式使用较为普遍，但如果顶尖顶得过紧，则可能将零件顶弯，或者如果顶尖孔和卡爪夹紧面不在同一轴线上，则可能造成零件定位不准而弯曲。因此，采用一夹一顶方式时，顶尖宜使用弹性活顶尖，细长轴和卡爪与之间宜加入一个开口的钢丝圈。

双顶尖是指零件两端都由顶尖支撑。相比一夹一顶，双顶尖可以准确的定位，但这种方式装夹零件的刚性比较差，并且较易发生振动的情况。因此，对于安装长径比不大、同轴度要求较高的零件可以选择双顶尖方式，其余情况宜选用一夹一顶方式[1]。

合理选择装夹方式后，还应注意调整托架、石蜡块和跟刀架的位置。托架主要是由差动螺杆来调节其零件的接触。石蜡块一般在零件的下面不等距的放置，它的厚度应该能够保证可以轻微的固定零件。跟刀架各个承爪和零件之间的间隙需要不停的调整，而且还需要添加机油以形成动压油膜[4]。

2.1.3 使用轴向拉夹法

对于长径比较大的细长轴，弯曲变形尤为明显，这时可以考虑采用轴向拉夹法。采用轴向拉夹法时，细长轴的一端仍由卡盘夹住，另一端则采用专门的夹拉头夹住。夹拉头给细长轴施加了一个轴向拉力，抵消了轴向切削力，减小了弯曲变形。

2.1.4 使用反向切削法

使用反向切削法是，车刀由卡盘向尾架方向运动，见图3。相应的挠曲线微分方程为[3]：

将这种方式与常规的正向切削法的受力进行相比，可知这种方式产生的轴向切削力对零件施加了拉力作用，减小了径向切削力对零件的压弯影响，同时还减小了切削的振动。

2.1.5 使用双刀车削

使用双刀车削时，增加了一个后刀架，前后两把车刀同时对零件进行车削加工。两把车刀是相对方向安装的，前面的车刀是正装的，后面的车刀是反装的，这样两把车刀产生的径向切削力就相互平衡了，减小了弯曲变形和车削振动。

2.1.6 使用磁力切削法

磁力切削法的工作原理与反向切削法基本一样，磁力对细长轴施加了一个拉伸力，从而减小了加工时的弯曲变形，提高了细长轴的加工工艺水平。

2.1.7 选择合理的刀具几何形状

从前面的分析可知，如果能减小切削力则能有效的提高工艺精度。在刀具的几何形状变量中，几何角度包括前角、主偏角和刃倾角对于车削力最为敏感。选择合理的刀具几何形状，是一种简单易行经济实惠的提高车削工艺的办法。下面分析前角、主偏角和刃倾角对于切削力的影响。