多级离心泵SM型水泵轴的车削加工

在机械加工生产中，工件的长度与直径之比大于25的轴类为细长轴，以多级离心水泵轴为例，细长轴与一般轴类相比，存在工件刚性差，对切削力、切削热和振动都十分敏感。在车削加工时，很容易产生热变形伸长，工件容易发生弯曲变形、振动，而工件本身的自重和转动时在离心力的作用下又会使工件的变形和振动增大，形状精变和表面粗糙度都很难保证。由于切削加工中，切削用量较小，加工时间较长，对刀具的磨损也比较严重，从而又使工件的形状误差增大。在整个加工工艺过程中，不论哪一环节处理不当，就容易出现很多问题，而主要问题就在于零件刚性和热变形伸长，因此，在车间加工过程中，不论对机床的精度，工具的应用，刀具的角度及切削用量的选择都有较高的要求，是一项工艺性较强的综合技术。根据本人几年来在实际教学和生产中得到的经验，我觉得可以从以下几个方面说一下SM型水泵轴在车削加工时减少振动的方法。

零件分析

多级离心泵SM型水泵轴（见下图）为细长轴结构，零件形状简单，但尺寸精度和形位公差要求较高，在车床上进行车削加工时，会出现很多问题，如：

1.工件刚性差，在车削加工时如果装夹时容易因切削力和切削热，高速旋转时工件受自身重力的影响，发生弯曲变形，产生振动，从而降低车削加工精度，表面粗糙度也难以得到很好的保证。

2.在切削细长轴时，产生的切削热，会引起工件热伸长。由于在车削过程中，三爪卡盘和尾座顶尖之间的距离是固定的。这样在加工时细长轴受热后的轴向伸长量受到限制，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。

3.加工细长轴时由于轴较长，每次走刀时间相对时间长，刀具磨损相对较大，从而影响了零件的几何形状精度。

4.加工细长轴时要保证精度，必要时要使用跟刀架，若两个支承爪在支承工件的对零件压力不适当，会影响加工精度，会把细长的工件车成“竹节”形。由于工件的刚性差，给切削加工带来困难，不易获得良好的尺寸、表面粗糙度和几何精度。我们在实践中，经过不断摸索，采用各种装夹装置，选择适当的刀具几何参数、切削用量等有效措施，提高了细长轴的刚性，减小了切削力和切削热，满足细长轴加工要求。圆柱度误差在0.04 mm内，表面粗糙度达到Ra1.6，圆度达到0.01 mm，直线度在0.10 mm内，大大提高了效率。

车削细长轴的装夹装置

1.工件的装夹

粗加工采用一夹一顶方式进行车削时，卡盘的夹持部分不应太长，一般在15 mm左右，并在卡盘与工件之间垫一个直径为4 mm的钢丝，将钢丝绕在工件上后，垫入卡盘的凹槽中，使工件与卡盘成为线接触，使工件的位置可以在卡盘内自由调节，这样在切削过程中，发生热变形也不会因为卡盘夹死而产生弯曲现象。

精加工为保证同轴度要求，采用两顶尖装夹，为弥补零件的热变形伸长，顶尖应采用弹性回转顶尖，使用时顶尖不能顶得太死，否则起不到弹性补偿作用，松紧程度应在车床主轴和工件旋转时用手的拇指和食指捏住顶尖转动部位时顶尖停止转动，松开后顶尖应能恢复旋转，说明顶尖松紧程度合适。采用从主轴到尾座的反向走刀方式，使零件在车削过程中受拉应力。在尾座装弹性活络顶针，当工件受热膨胀时，顶针能作一定的轴向位移。

2.跟刀架支撑爪的修整与调整

如果要让跟刀架和机床刀架相对固定，车刀移动时跟刀架就要跟着移动，相当于增加工件的刚度，减少零件变形，从而保证了表面粗糙度要求和提高细长轴的形状精度。为使工件与跟刀架保持良好的接触刚性，修磨支承爪弧面与工件充分接触，切削时为滑动配合。在修磨跟刀架的支承块时，在主轴和顶尖之间安装与工件直径相同的铰刀，将跟刀架移动到铰刀的修光刃处，用调整手柄将支撑爪与铰刀接触进行切削，这样支承爪弧面的圆弧就与要加工的工件半径一致了。

支撑爪与工件的接触要松紧适当，调节支撑爪时，应在工件旋转后综合运用手感、听力、观察的方法去控制支撑爪，使其轻微接触到工件的外圆为止，要求各支撑爪都能与工件保持相对的合理间隙，使工件可以自由转动。

合理地选择切削用量

切削用量选择的是否合理，对加工零件时产生的切削力和切削热都是不同的。从而对车削细长轴时引起的工件变形也是不同的。

1.背吃刀量（ap）

随着背吃刀量的变化，车削时产生的切削力、切削热随之变化，当背吃刀量增大时切削力、切削热随之增大，同时细长轴的承受力、受热变形相应增大。因此在车削细长轴时，最好采用较小的背吃刀量。本零件粗加工时，背吃刀量选2 mm，半精加工时选1.5 mm，精加工时选0.4 mm～0.6 mm。

2.进给量（f）

进给量增大就是单位时间内切削厚度增加，切削力相应增大。但切削力只是略有增大，不是按正比增加的，因此细长轴的受力变形系数有所下降。因此增大进给量比增大切削深度有利提高切削效率。本零件粗加工时，进给量选0.3mm/r，半精加工时选0.2mm/r，精加工时选0.1mm/r。

3.切削速度（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，刀具与工件之间的摩擦力减小，细长轴的受力变形减小，但切削温度相对提高。但提高切削速度又容易使细长轴在离心力作用下出现弯曲，平稳性相对而言有所降低，所以切削速度应控制在有效的合适的范围。对长径比较大的零件，切削速度要适当降低。我们在加工水泵轴粗加工时，转速选500 r/min，半精加工时选650 r/min，精加工时选700 r/min。

选择合理的刀具角度

合理的刀具角度能够减小车削细长轴产生的弯曲变形，车削时产生的切削力越小变形就越小，而刀具的前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大。

1.角（γ）其大小直接影响着切削力、切削温度和切削功率。增大前角，可以减小切削金属层的塑性变形，切削力减小。增大前角切削力明显降低，所以在车削细长轴时，在保证刀具强度的前提下，尽量使用前角大的刀具，我们一般取前角γ=20°左右。

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。在车削细长轴时，一般采用93°的主偏角。随着主偏角的增大，径向切削力明显减小。

3.刃倾角（λs）倾角影响着车削时排屑的方向、刀尖的强度及3个切削分力的比例关系。随着刃倾角的增大，径向切削力明显减小，但轴向切削力和切向切削力却有所增大。在车削细长轴时，常采用正刃倾角+3°～+8°，这样就使切屑排向待加工表面。

结论

通过对SM型水泵轴零件的认真研究，抓住该类零件的加工特点，根据特点采用科学的加工方法，刃磨出适合细长轴车削的车刀，并科学的选用切削用量，避免了加工细长轴容易出现的问题，加工出了合格的产品。以上是我在教学和生产中积累的一些粗浅认识，在实际加工中也发挥了作用，有效地保证了加工质量，减少了我校办厂加工SM型水泵轴在车床上车削时的废品率，生产效率有所提高，经装配后验证，每个部位的精度都达到了使用要求，使用效果良好，使用单位也比较满意。