浅谈车削细长轴加工方法.doc

细长轴的车削加工在传统的机械加工企业是非常困难的。本篇文章依据我公司多年的摸索，加工制造经验，针对在市场上所遇到的细长轴加工过程中遇到的种种困难和问题操作中车削细长轴的情况，提出了自己的加工理念和对细长轴的加工办法。

计长兵 销售工程师
上海始尚机电科技有限公司
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上海市杨浦区榆林路200号

根据我公司多年来在细长零件，微型零件加工经验说说细长轴的车削方法和要领。请同行中人一一指点。
　　一、细长轴在加工中是最常见的问题
　　1、热变形大。
　　细长轴车削时热扩散性差、线膨胀大，当工件两端顶紧时易产生弯曲。
　　2、 刚性差。
　　车削时工件受到切削力、细长的工件由于自重下垂、高速旋转时受到离心力等都极易使其产生弯曲变形。
　　3、 表面质量难以保证。
　　由于工件自重、变形、振动影响工件圆柱度和表面粗糙度。
　　二、怎样提高细长轴加工精度及预防措施
　　1、 选择合适的装夹方法
　　（1）双顶尖法装夹法。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。因此只适宜于长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高、多台阶轴类零件的加工。
　　（2）一夹一顶的装夹法。采用一夹一顶的装夹方式。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。
　　（3）双刀切削法。采用双刀车削细长轴改装车床中溜板，增加后刀架，采用前后两把车刀同时进行车削。两把车刀，径向相对，前车刀正装，后车刀反装。两把车刀车削时产生的径向切削力相互抵消。工件受力变形和振动小加工精度高，适用于批量生产。
　　（4）采用跟刀架和中心架。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。
　　（5）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。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。
　　2、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。细长轴车刀必须保证如下要求：切削力小，减少径向分力，切削温度低，刀刃锋利，排屑流畅，刀具寿命长。从车削钢料时得知：当前角γ0增加10°，径向分力Fr可以减少30%；主偏角Kr增大10°，径向分力Fr可以减少10%以上；刃倾角λs取负值时，径向分力Fr也有所减少。
　　（1）前角（γ0） 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γ0=150 .车刀前刀面应磨有断屑槽，屑槽宽B=3.5～4mm， 配磨 br1=0.1～0.15mm，γ01=-25°的负倒棱，使径向分力减少，出屑流畅，卷屑性能好，切削温度低，因此能减轻和防止细长轴弯曲变形和振动。
　　（2）主偏角（kr） 车刀主偏角Kr是影响径向力的主要因素，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，在不影响刀具强度的情况下应尽量增大主偏角。主偏角Kr=90°（装刀时装成85°～88°），配磨副偏角Kr‘=8°～100 .刀尖圆弧半径γS=0.15～0.2mm，有利于减少径向分力。
　　（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。刃倾角在-10°～+10°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，常采用正刃倾角+3°～+10°，以使切屑流向待加工表面。
　　（4）后角较小a0=a01=4°～60°，起防振作用。
　　3、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。粗车和半粗车细长轴切削用量的选择原则是：尽可能减少径向切削分力，减少切削热。车削细长轴时，一般在长径比及材料韧性大时，选用较小的切削用量，即多走刀，切深小，以减少振动，增加刚性。
　　（1）背吃刀量（ap） 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，应尽量减少背吃刀量。
　　（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。
　　三、 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。以上是我公司在生产加工中一点点加工技术仅供参考，也许还有更多的方法来解决细长轴的车削技术，希望大家一起努力为中国微型机械加工做出多多贡献。