摘要：細長軸類零件因長細比較大、剛性差，在車削加工中因受切削力、切削熱以及振動等因素導致加工精度不高，本文分析了細長軸類零件變形的原因，然后對其加工工藝進行了探析。

關鍵詞：細長軸;車床;變形;加工工藝

引言

軸類零件是機械中廣泛使用的零件，當軸的長徑比大于或等于20-25時（即L/d≥20-25）稱為細長軸。由于細長軸的剛性差，在車削加工過程，當受到振動、切削力、切削熱等因素的影響時，很容易發(fā)生變形，加工出來后呈現兩頭細，中間粗的“紡錘”形結構，進而難以保證加工精度。因此，細長軸類零件的加工是車工師傅們公認的難題之一。

1細長軸類零件變形原因分析

1.1切削力的影響

細長軸類零件因長徑比大，因此其剛性差，在車削加工時，車削力可分解為沿橫截面方向的徑向分力，沿工件軸線方向的軸向分力，以及切向分力。其中徑向分力會對細長軸產生一個頂彎的力矩作用，使其在沿徑向發(fā)生水平彎曲;軸向分力沿工件軸線方向上施加壓力，當超過一定值以后，同樣會使得細長軸發(fā)生彎曲變形。此外，工件在旋轉時，受自身重力和離心力的作用，也會發(fā)生變形和振動，進一步對細長軸的精度與表面粗糙度產生影響。

1.2切削熱的影響

根據金屬的特性，零件在車刀切削時，會產生大量的切削熱。因細長散熱性能差，受切削熱的影響，細長軸在切削過程中會因溫度升高而產生變形而伸長。工件的熱變形伸長量用以下公式計算：

其中：為工件變形伸長量，為材料膨脹系數，為工件總長，為工件升高的溫度。從式子中不難看出工件越長，熱變形越厲害，當采用兩頂尖的裝夾方式時，因工件尾端固定而沒有自由伸長量，所以會發(fā)生彎曲變形。

1.3車刀的影響

在車削細長軸時，車刀不鋒利或者車刀幾何角度不合適，會使得加工過程中產生積屑瘤，導致產生過多的熱量，從而影響細長軸的加工精度和質量。

1.4切削時間長

因為細長軸的軸線長度過長，在加工過程中，車刀軸向進給時間長，會對刀具產生磨損，進而影響精度。

2細長軸類零件加工工藝措施

細長軸的普通車加工時，要想保證加工精度，必須調整好機床，使得機床主軸中心和尾座中心嚴格對齊，即要使得尾座中心與主軸中心的連線與機床導軌平行。

2.1合理選用細長軸的裝夾方法

利用普通車床加工細長軸時，通常采用一夾一頂或者雙頂尖的方式裝夾。雙頂尖裝夾時，工件同軸度高，定位準確，但工件穩(wěn)定性不好，旋轉時產生振動，適合長徑比較小的細長軸加工。采用一夾一頂的方式裝夾細長軸時，頂尖與工件不能頂的太緊，且后頂尖多采用彈簧頂尖，這樣可為細長軸的軸向熱變形伸長提供彈性空間，從而減少熱變形。此外在一夾一頂裝夾方式時，為防止出現過定位現象，減少卡盤卡爪與工件的接觸面積，通常在卡爪部位加墊一開口鋼絲圈。因此，一夾一頂（頂尖采用彈性活頂尖）的裝夾方式是細長軸加工常用方式之一。

2.2選用輔助支撐

細長軸在切削過程中，為減少彎曲變形，選用合理的輔助支撐很有必要。常用的輔助支撐有中心架和跟刀架兩種，如圖1所示。采用中心架加工細長軸時，一般將中心架支撐在軸的中間部位，先車右端各外圓，調頭后同樣裝夾后再車另一端的外圓，這樣就相當于將細長軸的長度減半，進而降低了變形。跟刀架有兩個或三個支承爪，當采用跟刀架加工細長軸時，跟刀架固定在大拖板側面上，隨刀架縱向運動，緊跟在車刀后面起輔助支承作用，能夠抵消車削的徑向分力，從而降低變形。

2.3選用適當刀具

車刀的幾何角度和形狀對細長軸的加工也存在很大影響，在加工時，車刀的前角，主偏角以及車刀刃傾角會對車削力的大小產生影響。因此盡量選用耐磨的合金車刀，最好選用標準成型車刀，這樣一方面能很好的斷鐵屑，另一方面還能減小加工時的切削溫度和切削力。

2.4選擇適當切削用量

我們都知道，在金屬切削加工中切削用量三要素對零件的精度和表面粗糙影響很大。因此，細長軸車削加工時，合理地選擇切削用量三要素能很好的控制加工過程中的切削力和切削熱，進而間接地降低變形。一般情況下，背吃刀量越大，切削力和切削熱會越大;切削速度越大，切削力越小，但隨著切削速度的增大，工件的離心力也越大，因此在細長軸加工時，需要將切削用量三要素控制合理的范圍內。

2.5反向走刀切削法

當采用一夾一頂裝夾方式且尾部選用彈性活頂尖時，采用反向走刀的方式（即從車床床頭往床尾走刀）時，零件在軸向切削分力的作用下伸長，因尾座裝有彈性活頂尖，有一定的彈性余量，因此可有效避免細長軸因受切削力而發(fā)生彎曲變形。

2.6雙刀對刀切削法

雙刀對刀切削法是指對車床溜板箱進行改裝，加裝后刀架，裝刀時，兩把車刀一個正裝，一個反裝，這樣兩把車刀徑向相對，可以讓車削時產生的徑向切削分力相互抵消，進而降低彎曲變形和機械振動，提高加工精度。

除了上述六種工藝措施外，當細長軸上具有螺紋、溝槽或鍵槽等其他特征時，選擇恰當的加工工藝也是十分必要的，能夠有效減小變形。

3結束語

細長軸類零件因其長徑比大，剛度低，車削時在車削力，車削熱以及振動作用下容易發(fā)生變形，難以保證加工精度。本文分析了變形原因，介紹了選取合理的裝夾、輔助支撐、選取適當切削用量等加工工藝，可以有效地減少變形，提高加工質量。

參考文獻

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作者簡介：李付君（1983—），男，工程碩士，講師，研究方向：機械制造及其自動化。

（作者單位：山東交通職業(yè)學院）