避免细长轴车削变形问题的研究

曹晓明

摘 要 文章在对细长轴在车削加工时的车削变形问题的原因进行总结分析，并结合工作实践的基处上，对避免细长轴车削变形的加工方法进行深入的探究。

关键词 细长轴 车削 装夹 刀具

中图分类号：TG51 文献标识码：A

0引言

细长轴就是指轴的长度与直径比 L/D>20～25 倍时，这一类轴我们称之为细长轴，平常所见车床的光杆就属于细长轴。本文我们将对可以避免细长轴车削变形的加工方法进行探究。

1车削细长轴变形问题的原因

1.1切削热而引起的变形

对细长轴的车削加工过程中，切削热会造成工件的热延长，又因为在对细长轴进行车削加工中，底座和卡盘是固定不动的，也就是两者之间的距离是固定的，这样造成的后果就是细长轴受热后在轴向伸长上受到限制，同时造成细长轴受到挤压力，这就是细长轴会变形和弯曲的原因。

1.2切削力造成细长轴的变形

细长轴的切削加工过程中受到的总切削力可以视为三个分力的合力：分别包括主切削力、进给力以及背向力，不同的分力对于细长轴的加工过程中会产生不同的加工影响。特别是进给力，通常的车削加工过程中，进给方向上所形成的分力不会对工件的变形产生重大的影响，鉴于细长轴本身刚性太低，这样会造成进给力方面对细长轴的加工方面的影响也会非常的明显。当细长轴的一头固定在卡盘中间，同时另一头施加进给力，就会造成在一个细长的杆上有偏置压力的产生，变形和弯曲就不会避免；当变形和弯曲发生在细长轴的加工工程中时，伴随着高速回转，同时离心力也会出现在细长轴的加工过程，这使得细长轴的变形和振动更加的严重。

1.3造成细长轴变形的其他因素

在细长轴的加工过程中，机床、刀具等整个工艺系统的弯曲和振动也会造成细长轴的变形，同时，加工过程中的翘曲、锥度过大、腰鼓形或圆度达不到等原因也会造成细长轴的报废。这些额外的因素不仅导致生产效率低，且加工的细长轴的质量不易保证。因此，采用高技能的人员操作，使用先进的加工设备，来提高所加工的细长轴的合格率，最大限度地降低加工细长轴的加工成本。

2车削过程中提高细长轴加工质量的方法

2.1选择合适的装夹方法

两顶尖安装进行加工细长轴，可以保证定位精确和同轴度。两顶尖安装会使细长轴的刚性变差，加工过程中更容易出现弯曲和振动。当加工的细长轴长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高时可以采用此类的装夹方法。采用一夹一顶的安装方法，在加工过程中要保证轴端不可顶得太紧，避免将细长轴顶弯。除此之外，卡爪夹紧面会出现与顶尖孔不同轴的情况，造成装夹后产生过定位，致使细长轴产生弯曲变形。所以，采用一夹一顶安装方法时，弹性活顶就应该配套使用，这样可以保证细长轴受热后发生变形；采取在卡爪与细长轴之间垫入一个约5 mm的开口钢圈，保证卡爪与细长轴的轴向接触长度不过大，避免因装夹的原因造成对细长轴的弯曲。

2.2 辅助支撑，提高工件刚性

配备三个支承块的跟刀架对细长轴进行车削。采用此支撑时，三爪对工件进行支撑，一面车刀对工件顶装，使工件在四个方向上不能移动，工件在车削时稳定固定，振动的程度减小。

2.3 合理地选择切削用量

合理的切削用量会避免细长轴在加工过程中的许多问题。在加工细长轴的过程中，通常根据工序粗车、半精车和精车以及工件的长径比来合理选择切削用量。减小径向切削分力、切 削 热、多走刀、小切深是加工细长轴选择切削用量的基本原则。

2.4采用反向切削方法

在细长轴的车削过程中通常会采用反向切削法，即装夹的方式采用一夹一顶的方式，车刀的进给方向为从主轴卡盘向尾架方向运动。采用这种方法，细长轴 左端以线的接触方式进行夹持，切削过程中热变形伸长的细长轴，进给力对工件已切削部分拉紧，同时，推进工件待切削部分由右端的弹性回转并对顶尖进行补偿支撑，避免因卡盘原因对细长轴造成弯曲变形。

2.5合理选择刀具的几何角度

在细长轴的加工中，不仅要考虑刀架、中心架、弹性回转顶尖等设备因素，同时还有考虑刀具的几何角度。在加工过程中往往会由于刀具选择的不当造成对细长轴的加工造成弯曲。在加工过程中合理地选用刀具角度和加工路线，可以保证所加工细长轴的质量。在车削细长轴时，主要考虑如下所述的刀具几何参数。

主偏角主要影响背向力，所以在加工细长轴的过程中，增大主偏角，减少细长轴的振动和弯曲。

增大前角，保证刀具锋利、切削轻快，减小切削力保证细长轴变形较小。所以在细长轴车削中，在保证车刀有足够强度前提下，增大刀具的前角，减少切削力、切削变形，根据细长轴刚度，前角通常取20度～30度最合适。

刃倾角，影响切屑的流向，为了让切屑流向待加工表面，车刀也很容易切人工件，采取增强刀尖强度的措施，在加工细长轴时通常情况把刃倾角选为3度到10度。

2.6切削液的使用

在车削过程中会产生大量的热，对于细长轴的加工，大量车削热的产生会使细长轴受热膨胀，当细长轴在其他装夹的限制下会造成变形，为了避免这种变形的出现，在车削的过程中要使用车削液对轴体、车刀进行降温，避免车削热对细长轴的加工质量造成问题。

3结论

当加工细长轴时，应根据要加工的细长轴的结构特点、加工特点，同时要结合加工细长轴可能出现的损坏情况，采取恰当的加工方法，以便得到合格的细长轴。上文叙述了在加工细长轴过程中可能遇到的使细长轴变形的情况，并提供了一些提高细长轴的加工方法，这些加工方法在细长轴的加工过程中可以提高加工的质量。这些加工方法下，在保证加工细长轴的质量的同时也确保了加工细长轴的经济效益。

参考文献

[1] 张成玉，汤双清.带球头超细长轴加工方案设计[J].机械制造与自动化，2006，35（3）.

[2] 张宏飞，郭永红，聂和林.精密电机不锈钢细长轴弯曲变形的原因分析及解决对策[J].微电机，2010，43（11）.