方媛州

摘 要：细长轴车削时面临许多技术难题，本文对这些影响细长轴加工精度的主要难点和车削的主要环节作了全面、详细的分析，然后从工件的装夹方法、车削细长轴时的切削用量和车刀的角度等方面，分别采取了三支承跟刀架、弹簧顶尖，改进了刀具的几何角度，选择热硬性好的刀具材料、增设合理的辅助工具等一系列措施保证了细长轴的加工精度、车削质量和生产效率，并达到了较满意的加工效果。

关键词：细长轴 跟刀架 弹性活动顶尖 反向切削

中图分类号：TG5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

“钻工怕深孔，车工怕长轴”。可见细长轴的加工难度为众人所周知。在车削过程中产生的切削力和其本身质量、离心力的作用下，极易产生振动和弯曲变形；再由于细长轴热扩散差，线膨胀大，当工件两端顶紧时受切削热变形影响易产生弯曲，这样就破坏了刀具和零件的相对运动的准确性，使加工出来的细长轴产生竹节、棱边、振动或中间粗、两头细等缺陷，严重影响零件的加工精度；引起工艺系统振动；影响零件的表面粗糙度，甚至造成安全事故。在实际教学活动中，由于其加工难度大，有一定的代表性，因此成为我们深入研究探讨的重要课题。

1 造成细长轴车削弯曲变形的因素

车削细长轴采用的传统装夹方式主要有两种：一种是一端用卡盘夹持，另一端用车床尾座顶尖支承（一夹一顶）；另一种方式是细长轴的两端均由顶尖支撑（两顶尖装夹）。下面从力学角度（力学模型如图1所示），主要分析一夹一顶的装夹方法。

1.1 切削热产生的影响

车削加工会导致切削热的出现，工件也会出现热伸长。加工的时候，尾座顶尖以及卡盘本身都是固定的。细长轴受热后延长量会被限制，因为挤压的存在，细长轴很容易出现弯曲变形的情况。如图2所示。

由此可见，提高细长轴的加工精度，防止细长轴弯曲变形实质上是控制工艺系统的受力及受热变形的问题。

2 细长轴加工前的准备工作

2.1 机床调整

⑴ 调整车床尾座 用检验棒检验，调整尾座，使尾座顶尖中心与主轴中心同轴度误差小于0.02mm。⑵ 调整车床各滑板 调整小、中和大滑板的楔铁、镶条间隙，防止间隙过大造成车削扎刀，并能准确控制进刀量。

2.2 夹具的选择和调整

⑴ 正确选择跟刀架以及对跟刀架支承爪进行修研，保证工件装夹有足够刚性和顺利的切削条件。跟刀架支承爪应耐磨性强，容易修整，不会磨伤工件表面。在切削中，时刻保持支承爪与工件表面接触状态良好，最好是全部弧形面接触，或中心线接触。支承爪应支于已加工表面，并以手感无振为宜，保证有充分的润滑油润滑。⑵ 选用弹力适中的活动弹性顶尖，应转动灵活，精度较高，承载能力大，当切削热迫使工件伸长时，其延伸长度可朝尾座方向作一定的轴向移动，以减少弯曲变形。⑶ 当工件被装夹部分较长的情况下，为了减小或消除过定位的危害，应在工件与卡盘的卡爪之间垫以钢丝环。

2.3 棒料校直

对于弯曲度较大的坯料，宜采用热校直；如本例弯曲度在5mm以下的可采用冷校直的方法。直后，可在平板上滚动检查弯曲度。

3 提高细长轴加工精度的措施

3.1 选择合理的装夹方法

使用较为广泛的方法有两种，首先是两顶尖装夹方法，这种方法本身的工件定位精度比较高，能够保证同轴度。但是这种方法本身的刚度比较差，很容易出现细长轴弯变形，并且很容易出现震动。所以，这种方法在安装长径比比较小，加工余量比较小，并且对同轴度要求比较高的工件中适合使用。其次是，采用一夹一顶是车削细长轴通常的装夹方法。还可以采用轴向夹拉法车削细长轴。这样，在车削过程中，细长轴始终受到轴向拉力拉紧，减小了进给抗力把细长轴压弯、切深抗力造成弯曲变形的影响；并且使因切削热而产生的轴向伸长量得到正常的释放。

3.2 直接减少细长轴的受力变形

⑴ 利用中心架车削细长轴 当工件可分段或可调头车削时，用中心架在工件中间支承的方法车削。⑵ 利用跟刀架车削细长轴 不易调头装夹的细长轴，为了增加刚性，防止弯曲变形，抵抗径向切削力，可采用跟刀架切削。

3.3 合理控制切削用量

切削用量选择的是否合理，对切削过程中产生的切削力和切削热的大小是不同的。造成变形也不一样。

⑴ 切削深度ap 在工艺系统刚度确定的情况下，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，使细长轴的受力、受热也增大。因此在车削细长轴时，应尽量减少切削深度。⑵ 进给量f 进给量增大会使切屑厚度增加，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。从切削效率的角度看，增大进给量比增大切削深度有利。⑶ 切削速度υc 适当提高切削速度有利降低切削力。随着切削速度的不断加大，切削的温度也会升高，刀具和工件之间的摩擦力会有一定减小，细长轴受力变形也会减小。但是由于切削速度比较快，很容易出现热度增加的情况，在离心力作用下，细长轴很容易玩去和变形，切削的平稳性也会被破坏，所以，应该控制切削速度，确保其在一定范围内，对于那些长径比较大的工件，应该适当的减缓其切削的速度。

3.4 采用反走刀切削法车削细长轴

反走刀切削法是指在细长轴的车削过程中，车刀由主轴卡盘向尾座方向进给。此时在车削过程中产生的轴向切削力使细长轴受拉，消除了轴向切削力使细长轴受推引起的弯曲变形。同时，采用弹性顶尖，可以自由伸缩，不易产生弯曲变形，有效地补偿刀具至尾座一段的工件的受压变形和热伸长量，避免工件的压弯变形。

[结论] 细长轴虽然外形并不复杂，但由于它本身的刚性差，在车削时，受切削力和切削热的影响，易产生弯曲变形，产生振动、竹节和棱边等缺陷，严重影响了加工精度。实践证明：在车削细长轴时，应对细长轴进行认真的工艺分析，制定出合理有效的工艺路线；在装夹中增强细长轴的刚性，解决细长轴的热伸长弯曲变形问题；选择合适的切削用量和合理的刀具角度，降低切削力和切削热。有了这些切实可行的措施，就能解决车削细长轴所产生的弯曲变形、振动、竹节和棱边等缺陷，保证了细长轴的加工精度。

参考文献

[1] 《车工工艺学》中国劳动社会保障出版社，2000

[2] 《车工生产实习》中国劳动社会保障出版社，1996

[3] 《车工工艺与技能训练》 中国劳动社会保障出版社， 2001