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细长轴车削加工工艺

作 者： 郭 靖
专 业： 数控技术
年 级： 0802数控
指导老师： 吴跃文
答辩日期:
成 绩：

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

前 言

通常轴的长度与之直径比大于20～25（即L/d≥20～25)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。

目录
摘要及关键词 …………………………………………………………2
前言 ………………………………………………………………2
一.细长轴车削的工艺特点……………………………………………4
二、引起细长轴弯曲变形的原因………………………………… …5
2。1 切削力导致变形…………………………………………………5
2。2 切削热产生的影响 ……………………………………………6
三. 提高细长轴加工精度的措施 ……………………………………6
3。1 选择合适的装夹方法 ………………………………………6
3。2减少细长轴受力变形……………………………………………7
3.3.采用反向切削法车削细长轴…………………………………11
四.合理地控制切削用量……………………………………………12
五。 选择合理的刀具角度…………………………………………13
六. 结论 …………………………………………………………14

一。细长轴车削的工艺特点：
①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。
②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,则工件会因伸长而顶弯。
③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。
④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.

二。 引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.文档为个人收集整理，来源于网络本文为互联网收集，请勿用作商业用途

图1 一夹一顶装夹方式及力学模型

通过分析研究，车削引起细长轴弯曲变形的原因主要有：

1. 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。

径向切削力PZ的影响

    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。

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。

图2 轴向切削力的影响及力学模型

2. 切削热产生的影响

    车削加工产生的切削热，会引起工件热伸长。由于在车削过程中，卡盘和尾架顶尖都是固定不动的，因此两者之间的距离也是固定不变的。这样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。

    因此可以看出，提高细长轴的加工精度问题,实质上就是控制工艺系统的受力及受热变形的问题。

三。 提高细长轴加工精度的措施

   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。

1。 选择合适的装夹方法

    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3所示文档为个人收集整理，来源于网络个人收集整理,勿做商业用途
。

图3 一夹一顶装夹方式的改进

2直接减少细长轴受力变形

1）采用中心架和跟刀架

    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。
a.用中心架支承车细长轴：
一般在车削细长轴时,用中心架来增加工件的刚性,当工件可以进行分段切削时，中心架支承在工件中间，如图5所示。在工件装上中心架之前，必须在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽，其表面粗糙及圆柱误差要小，并在支承爪与工件接触处经常加润滑油.为提高工件精度,车削前应将工件轴线调整到与机床主轴回转中心同轴。如图5所示：
当车削支承中心架的沟槽比较困难或一些中段不需加工的细长轴时,可用过渡套筒，使支承爪与过渡套筒的外表面接触，如图6所示，过渡套筒的两端各装有四个螺钉,用这些螺钉夹住毛坯表面，并调整套筒外圆的轴线与主轴旋转轴线相重合。
b. 用跟刀架支承车细长轴:
对不适宜调头车削的细长轴，不能用中心架支承，而要用跟刀架支承进行车削，以增加工件的刚性，如图6所示。跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承爪,它可以跟随车刀移动,抵消径向切削力,提高车削细长轴的形状精度和减小表面粗糙度，如图6（a）所示为两爪跟刀架，因为车刀给工件的切削抗力F’r,使工件贴在跟刀架的两个支承爪上，但由于工件本身的向下重力，以及偶然的弯曲，车削时会瞬时离开支承爪、接触支承爪时产生振动。所以比较理想的中心架需要用三爪中心架，如图6(b）所示.此时，由三爪和车刀抵住工件，使之上下、左右都不能移动,车削时稳定，不易产生振动。如图6所示：

2）垫块
除跟刀架装置外,还可根据工件长度,在工件下面垫放不等距的木块(在切削中随放随取，保证拖板正常进给），木块直接垫放在床身上其厚度以能轻微托牢工件为宜，木块制成半圆弧凹坑,运行时加机油润滑。这种垫块还具有消振作用，如图7所示。

图 7垫木

3.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9所示.

反向走刀车削

图9反向切削法加工及力学模型

 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。

四.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、切削热的多少是不同的。因此对车削细长轴时引起的变形也是不同的.

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。

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。

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，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。

五。 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。

1.前角(γ)

    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γ=15°.

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。 本文为互联网收集,请勿用作商业用途个人收集整理，勿做商业用途

刀具切削几何角度

    3.刃倾角（λs)
倾角影响着车削过程中切屑的流向、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。

六。 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，可以保证细长轴的加工质量要求

参考文献
1、 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.
2、 葛中民。《机械设计基础》。北京:中央广播电视大学出版社.

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