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细长轴车削加工工艺

作 者： 焦文凯
专 业： 车工
年 级： 08数控

摘要
针对影响加工细长轴零件精度不高等原因，分析了怎样提细长轴零件加工精度，给出处理问题具体方法

关键词:
细长轴 变形 装夹　精度
一.细长轴车削工艺特点：
①细长轴刚性很差，车削时装夹不妥，很轻易因切削力及重力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细长轴热扩散性能差，在切削热作用下，会产生相当大线膨胀。假如轴两端为固定支承，则工件会因伸长而顶弯。
③因为轴较长，一次走刀时间长，刀具磨损大，从而影响零件几何形状精度。
④车细长轴时因为使用跟刀架，若支承工件两个支承块对零件压力不合适，会影响加工精度。若压力过小或不接触，就不起作用，不能提升零件刚度：若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出直径就小，当跟刀架继续移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块和工件脱离，切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件压向车刀，使车出直径变小，这么连续有规律改变，就会把细长工件车成“竹节”形。造成机床、工件、刀具工艺系统刚性不良给切削加工带来困难，不易取得良好表面粗糙度和几何精度。

二. 引发细长轴产生弯曲变形原因

    在车床上车削细长轴采取传统装夹方法关键有两种：一个方法是细长轴一端用卡盘夹紧，另一端用车床尾架顶尖支承；另一个方法是细长轴两端均由顶尖支撑。关键分析一夹一顶装夹方法。

1. 切削力造成变形

    在车削过程中，产生切削力能够分解为轴向切削力PX、径向切削力PZ。不一样切削力对车削细长轴时产生弯曲变形影响是不一样。

径向切削力PZ影响

    径向切削力是垂直作用在经过细长轴轴线水平平面内，因为细长轴刚性较差，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影响。

轴向切削力PX影响

    轴向切削力是平行作用在细长轴轴线方向上，它对工件形成一个弯矩。对于通常车削加工，轴向切削力对工件弯曲变形影响并不大，能够忽略。不过因为细长轴刚性较差，其稳定性也较差，当轴向切削力超出一定数值时，将会把细长轴压弯而发生纵向弯曲变形。
2. 切削热产生影响

    车削加工产生切削热，会引发工件热伸长。因为在车削过程中，卡盘和尾架顶尖全部是固定不动，所以二者之间距离也是固定不变。这么细长轴受热后轴向伸长量受到限制，造成细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。提升细长轴加工精度问题，实质上就是控制工艺系统受力及受热变形问题。

三. 提升细长轴加工精度方法
   在细长轴加工过程中为提升其加工精度，要依据不一样生产条件，采取不一样方法，以提升细长轴加工精度。

1. 选择适宜装夹方法

    在车床上车削细长轴采取两种传统装夹方法中，采取双顶尖装夹，工件定位正确，轻易确保同轴度。但用该方法装夹细长轴，其刚性较差，细长轴弯曲变形较大，而且轻易产生振动.所以只适宜于安装长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高工件。

    加工细长轴通常采取一夹一顶装夹方法。不过在该装夹方法中，假如顶尖顶得太紧，除了可能将细长轴顶弯外，还能阻碍车削时细长轴受热伸长，造成细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。另外卡爪夹紧面和顶尖孔可能不一样轴，装夹后会产生过定位，也能造成细长轴产生弯曲变形.所以采取一夹一顶装夹方法时，顶尖应采取弹性活顶尖，使细长轴受热后能够自由伸长，降低其受热弯曲变形；同时可在卡爪和细长轴之间垫入一个开口钢丝圈，以降低卡爪和细长轴轴向接触长度，消除安装时过定位，降低弯曲变形。

1）采取中心架和跟刀架

    采取一夹一顶装夹方法车削细长轴，为了降低径向切削力对细长轴弯曲变形影响，传统上采取跟刀架和中心架，相当于在细长轴上增加了一个支撑，增加了细长轴刚度，可有效地降低径向切削力对细长轴影响。
a.用中心架支承车细长轴:
通常在车削细长轴时，用中心架来增加工件刚性，当工件能够进行分段切削时，中心架支承在工件中间。在工件装上中心架之前，必需在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪沟槽，其表面粗糙及圆柱误差要小，并在支承爪和工件接触处常常加润滑油。为提升工件精度，车削前应将工件轴线调整到和机床主轴回转中心同轴。
当车削支承中心架沟槽比较困难或部分中段不需加工细长轴时，可用过渡套筒，使支承爪和过渡套筒外表面接触，图6所表示，过渡套筒两端各装有四个螺钉，用这些螺钉夹住毛坯表面，并调整套筒外圆轴线和主轴旋转轴线相重合。
2）垫块
除跟刀架装置外，还可依据工件长度，在工件下面垫放不等距木块(在切削中随放随取，确保拖板正常进给)，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
3.采取反向切削法车削细长轴
 这么在加工过程中产生轴向切削力使细长轴受拉，消除了轴向切削力引发弯曲变形。同时，采取弹性尾架顶尖，能够有效地赔偿刀具至尾架一段工件受压变形和热伸长量，避免工件压弯变形。
四.合理地控制切削用量
    切削用量选择是否合理，对切削过程中产生切削力大小、切削热多少是不一样。所以对车削细长轴时引发变形也是不一样。
1.切削深度(t)
    在工艺系统刚度确定前提下，伴随切削深度增大，车削时产生切削力、切削热随之增大，引发细长轴受力、受热变形也增大。所以在车削细长轴时，应尽可能降低切削深度。
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，所以细长轴受力变形系数有所下降.假如从提升切削效率角度来看，增大进给量比增大切削深度有利。
3.切削速度(v)
    提升切削速度有利于降低切削力。这是因为，伴随切削速度增大，切削温度提升，刀具和工件之间摩擦力减小，细长轴受力变形减小。但切削速度过高轻易使细长轴在离心力作用下出现弯曲，破坏切削过程平稳性，所以切削速度应控制在一定范围。对长径比较大工件，切削速度要合适降低。

五. 结论

    细长轴车削加工是机械加工中比较常见一个加工方法。因为细长轴刚性差，车削时产生受力、受热变形较大，极难确保细长轴加工质量要求。经过采取适宜装夹方法和优异加工方法，选择合理刀具角度和切削用量等方法，能够确保细长轴加工质量要求
参考文件
1、 王绍林.《机械制造工艺和装备》.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.