普通车床细长轴车削加工工艺

1、普通车床细长轴车削加工工艺（江苏海事职业技术学院 船舶与港口工程系， 江苏 南京 211170）摘要：针对影响加工细长轴零件精度不高等因素，分析了如何提细长轴零件的加工精度，给出解决问题的具体方法。关键词：细长轴，变形，装夹，精度。1引言长度与之直径比大于2025(即L/d2025)的轴称之为细长轴。这类零件一般在车床上进行加工。在车削过程中，由于其刚性差，在切削力和切削热的作用下，细长轴很容易产生弯曲变形，这样就破坏了刀具和零件相对运动的准确性，使加工出来的细长轴产生中间粗、两头细的形状，严重影响零件的加工精度.同时细长轴产生弯曲变形后，还会引起工艺系统振动，影响零件的粗糙度。在切削力、重力

2、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。2细长轴车削的工艺特点 细长轴车削的工艺特点细长轴车削的工艺特点细长轴车削的工艺特点 ： 细长轴刚性很差，车削时装夹不当，很容易因切削力及重力的作用而发生弯曲变形，产生振动，从而影响加工精度和表面粗糙度。细长轴的热扩散性能差，在切削热作用下，会产生相当大的线膨胀。如果轴的两端为固定支承，则工件会因伸长而

3、顶弯。由于轴较长，一次走刀时间长，刀具磨损大，从而影响零件的几何形状精度。 车细长轴时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件压力不适当，会影响加工精度。若压力过小或不接触，就不起作用，不能提高零件的刚度：若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀架继续移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块与工件脱离，切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出的直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件压向车刀，使车出的直径变小，这样连续有规律的变化，就会把细长的工件车成“竹节”形。造成机床、工件、刀具工艺系统的刚性不良给切削加工带来困难，不易获得良好的表面粗糙度和几何精度 3引

4、起细长轴产生弯曲变形的原因 在车床上车削细长轴采用的传统装夹方式主要有两种：一种方式是细长轴的一端用卡盘夹紧，另一端用车床尾架顶尖支承(一夹一顶)；另一种方式是细长轴的两端均由顶尖支撑(双顶尖)。主要分析一夹一顶的装夹方式.其力学模型如图1所示。 图1 一夹一顶装夹方式及力学模型 3.1切削力导致变形切削力导致变形切削力导致变形切削力导致变形 在车削过程中，产生的切削力可以分解为轴向切削力PX、径向切削力PZ。不同的切削力对车削细长轴时产生弯曲变形的影响是不同的。 3.1.1径向切削力 径向切削力是垂直作用在通过细长轴轴线水平平面内的，由于细长轴的刚性较差，径向力将会把细长轴顶弯，使其在水平面

5、内发生弯曲变形.径向切削力对细长轴弯曲变形的影响，见图1。 3.1轴向切削力PX的影响 轴向切削力是平行作用在细长轴轴线方向上的，它对工件形成一个弯矩。对于一般的车削加工，轴向切削力对工件弯曲变形的影响并不大，可以忽略。但是由于细长轴的刚性较差，其稳定性也较差，当轴向切削力超过一定数值时，将会把细长轴压弯而发生纵向弯曲变形。如图2所示。4提高细长轴加工精度 在细长轴加工过程中，为提高其加工精度，要根据不同的生产条件，采取不同的措施，以提高细长轴的加工精度。 4.1选择合适的装夹方法4.1.1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

6、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。4.1.2一夹一顶的装夹法 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。4.1.3双刀切削法采用

7、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。4.1.4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。4.1.5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

8、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。 在车床上车削细长轴采用的两种传统装夹方式中，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.因此只适宜于安装长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高的工件。 加工细长轴通常采用一夹一顶的装夹方式。但是在该装夹方式中，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

9、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。如图4所示。4.5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，如图4所示。 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5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

10、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。 5.1切削深度 (t) 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，应尽量减少切削深度。5.2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。 5.3切

11、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6 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。 6,1前角() 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

12、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=15°。6.2主偏角 (kr) 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，切向切削力在60°90°时却有所增大。在60°75°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，一般采用大于60°的主偏角。 7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

13、细长轴的加工质量要求参考文献 王绍林.机械制造工艺与装备.北京：中国劳动社会保障出版社. 葛中民。机械设计基础.北京：中央广播电视大学出版社. 车路.车工技术丛书.北京出版社，1993.05 任信华.车工工艺学.科学普及出版社，1985.01 赵志修.机械制造工艺学.机械工业出版社，1985.03 顾崇衔.机械制造力学分析.机械设计与制造,2004.10Ordinary lathe of slender shaft turning processYin Zhenhua(Jiangsu Maritime Institue,nanjing jiangsu 211170)Abstract : Slender shaft machining pr