细长轴车削工艺技巧

【摘 要】细长轴直径尺寸小、长度尺寸大，长度尺寸与直径尺寸之比大于25，工件刚性差、轴向热形伸缩量大，车削加工过程中容易产生振动现象、容易出现竹节形变形。如何采取工艺措施增强工件刚性、减少和补偿工件轴向热变形伸缩，是保证细长轴车削加工质量的关键技术难题。

【关键词】细长轴；刚性；热变形伸缩

某设备上的光杠长度为750mm、直径？25mm、加工精度等级IT9，圆柱度公差为？0.1mm、表面粗糙度Ra3.2。工件材料为45#钢，毛坯直径为？30mm。工件长径比达到1：30、刚性极差，工件长度方向热鼓胀伸缩量也较大，受切削热影响工件温度变化30oC时，其长度伸缩量达L=11.5×10-6（1/oC）×750（mm）×30（oC）=0.26（mm），工件加工难度较大。要保证工件的车削加工质量必须解决两大关键技术难题：一是，设法增强工件刚性、削除车削振动；二要，有效减少和补偿工件热变形伸缩。可采取以下技术措施，解决车削加工技术难题。

1 采用跟刀架增强工件刚性

细长轴刚性特别差，车削加工过程中极易引起振动，必须设法增强工件刚性。增强工件整体刚性难度很大，也没有必要，只须增强工件车削部位的局部刚性，就能达到改善加工质量的目的。采用跟刀架支撑工件，是增强局部刚性极为有效的措施。常用的跟刀架有两爪跟刀架和三爪跟刀架。此处工件长径比不是特别大，选用操作较为简便的两爪跟刀架完全以满足加工要求，如图1所示。使用跟刀架时应注意，跟刀架必须牢固安装在中滑板上，支撑爪支撑在车刀附近、工件已加工表面上，增强工件加工部位的局部刚性。支撑爪支顶力应大小适当，支撑力如果太小就起不到应有的支撑作用、会引起车削振动。如果支撑力太大，则会引起工件产生竹节形变形。支撑爪调好之后，应锁紧支撑爪，防止其产生松动。跟刀架支撑工件的部位如图2所示。

2 减少和补偿工件热变形伸长

受切削热影响，工件会在轴向产生较大的热变形伸缩，影响细长轴加工质量，可采取以下措施减少和补偿工件热变形。

2.1 浇注切削液减少工件热变形

车削细长轴时，可以加注5%左右低浓度、冷却性能良好的水溶性乳化液，吸收大量切削热，尽可能降低工件加工过程的温度变化，减少工件热变形。切削液必须大流量、连续浇注在工件切削区，有效吸收切削热。

2.2 采用弹性回转顶尖补偿工作热变形

使用切削液可以减少、但不能消除工件热变形。工件温度升高时，长度伸长，会引起工件产生弯曲变形；温度降低时，工件长度缩短，后顶针与工件中心孔之间会产生间隙，引起切削振动。因此工件热变形伸缩，会严重工件加工的尺寸精度、形状精度和表面加工质量。使用弹性活动顶针，可以有效补偿工件因温度变化引起的热变形伸缩，使后顶针与工件中孔始终保持良好接触，防止工件产生弯曲变形或后顶针支顶松动，保证加工质量。

3 其他工艺技巧

车削细长轴时，为保证加工质量，还须采取一系列技术措施。

3.1 合理装夹工件

车削细长轴，可以采取一顶一夹的方式装夹工件，左端用自定心卡盘装夹，右端用弹性活动顶针支顶，车削加工部位采用跟刀架支撑。用自定心卡盘夹持工件时，在工件上绕一圈直径？3mm的钢丝，减少卡盘与工件之间的接触面，如图2所示，防止因过定位而使工件在旋转过程中出现扭动，影响加工质量。

3.2 合理选择车刀参数

车刀可选用YT15硬质合金焊接式车刀，车刀几何形状和几何参数如图3所示。

（1）前角。车刀可选用15o～20o前角，前刀面刃磨成圆弧屑槽，配合适当的切削用量，使切屑形成一定长度的卷筒形切屑，并自行折断，保持切削力稳定。

（2）主偏角。车刀选用75o主偏角，车削时产生一定量的径向水平分力，与水平跟刀架水平支撑爪支撑力相对应，使跟刀架能稳定支撑工件。

（3）刃倾角。车刀可选用3o～5o刃倾角，以减少切削力，并控制切屑稳定流向待加工表面。

（4）为使车刀锋利，减少切削力，车刀主切削刃倒棱可取较小值约0.5mm，刀尖圆弧半径也取较小值约0.3mm。

3.3 合理选择切削用量

车削细长轴时，因工件的刚性较差，不宜选择太大的切削用量。

粗车时，切削速度可选v=50m/min，背吃刀量可选αp=2mm，进给量可选f=0.4mm/r。

半精车时，切削速度约v=60m/min，背吃刀量约αp=1mm，进给量约f=0.3mm/r。

精车时，可选切削速度约v=80m/min，背吃刀量约αp=0.3mm，进给量选f=0.2mm/r。

3.4 减少工件振动

工件直径小、长度长，高速旋转时工件悬空部位难免会产生振动，若振动幅度较大，可在细长轴上悬挂适量重物，抑制工件振动，此方法操作简便、行之有效，如图4所示。

3.5 预防竹节形变形

竹节形变形是车削细长轴时比较常见的现象。细长轴产生竹节形变形的主要原因是跟刀架支撑爪支撑过紧，尤其是水平支撑爪支撑力度过大时，会将工件压向车刀，背吃刀量加大，工件直径尺寸变小，当跟刀架支撑爪移动动至此处时，支撑爪压力变小，出现让刀，使工件尺寸变大，如此往复循环，细长轴就出现了竹节形变形。预防细长轴发生竹节形变形的办法，是控制好跟刀架支撑爪的支撑力，切忌过大，这需要操作者在加工实践中不断摸索、总结。

实践证明，车削细长轴关键要解决工件刚性问题和工件热变形伸缩问题。既要用好跟刀架、弹性活动顶针等机床附件，合理选用切削液，也要掌握工件的装夹技巧、车刀及切削用量选择技巧，有效增强工件加工部位局部刚性、减少和补偿热变形伸缩，防止工件出现振动及竹节形变形等现象，才能保证细长轴的车削加工质量。

【参考文献】

[1]许兆丰，张介福，梁君毫.车工工艺学[M].北京：中国劳动出版社，1990.

[2]何建民.车工操作技术与窍门[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]高楠寿，曹尧声，周嘉康.车工[M].北京：机械工业出版社，1991.