细长轴类零件的加工与技术改进

邵加发

(保山市高级技工学校，云南 保山 678000)

一、发现问题

2008年我在企业里上班，是一名质管技术科员，一天在处理一批产品质量问题时发现：该零件在加工完后发现都存在误差现象，都没有达到所要求的尺寸、形位公差。通过计算，此工件长径比为60，此零件属于细长轴。于是我就在不停思考：怎样才能使零件加工符合要求呢？

二、分析问题

由于此零件的长径比很大，刚性差，在车削时，受切削力、装夹力、自身重力、切削热、振动等因素的影响。容易出现以下问题：

①切削时产生的径向切削力与装夹径向分力的合力。会使工件弯曲，工件旋转时引起振动，从而影响加工精度和表面质量。

②工件转速高时，由于离心力的作用。加剧了工件的弯曲和振动。

③由于工件自重变形而加剧工件的振动(自振)，影响加工精度和表面质量。

三、解决问题

3.1 合理选择车刀几何形状

根据细长轴刚性差、易变形的特点，要求车削细长轴的车刀（图1【3】须具有在车削时径向力小、车刀锋利和车出工件表面粗糙度值小的特点。

图1 车削细长轴车刀

图2 刀具前角对震动的影响

(2)前角r0:前角r0:对振动的影响如图2，随前角的增大，振动随之下降，但在切削速度较高的范围内，前角对振动的影响将减弱。由于细长轴车削速度一般不会太高，故在粗加工中取r0=15°～20°，精车时取r0=20°～30°。

(3)后角α0:一般来说，后角对切削稳定性无多大影响，但当后角减小到2°～3°时，振动明显减弱，在生产中也发现，后刀面有一定程度的磨损后，会有显著的减振作用。

(4)刀具圆弧半径γs:γs增大径向分量力随之增大，为避免自振γs越小越好。但随γs的减小，将使刀具寿命降低，同时也不利于表面粗糙度的改善。故加工时，刀尖圆弧r≤0.3mm。

（5）为排削顺利，车刀应磨有R(1.5mm～3mm)的断屑槽。

3.2 合理选择切削参数

切削速度的选择：由图4可知，在高速或低速范围进行切削，自振就不易产生。特别是在高速范围内进行切削，既可提高生产率，又可避免切削颤振，是值得采用的方法。

(2)进给量的选择：如图5振动强度随进给量，的增大而减小，应选取大的进给量。

(3)切削深度αρ的选择：切削深度对切削稳定性的影响如图6可知随着αρ增大，振动不断加大。当f增大时，极限切断深度也随之加大。所以，为加大极限切削深度αρ必须增加进给量f。

图3 偏角对震动的影响

图4 V对切削稳定性的影响

图5 f对切削稳定性的影响

图6 αρ对切削稳定性的影响

图7 弹性活顶尖

图8 改制顶尖1-顶尖 2-深沟球轴承 3-弹簧 4-推力球轴承 5-滚针轴承（左侧芯轴为顶尖右侧是拉紧螺杆）

(4)应尽量避免宽而薄的切屑，否则极易颤振。

综上所属：车细长轴时，应分为粗车和精车，若选用材料为YT15、形状为图2所示的车刀，粗车时切削用量应选αρ=1.5mm-2mm、f=0.3mm/r-0.4mm/r、v=50m/min-60 m/min比较合适；精车时αρ=0.5mm-1mm、f=0.08mm/r-0.12mm/r、v=60m/min-100m/min比较合适。

3.3 变形量计算

使用冷却液充分冷却在零件加工时，由于切削热引起零件变形。变形量公式为：△L= L·a·△t为工件总长

式中：△L为工件伸长量，mm；L，mm；a为材料线

膨胀系数，1um／℃ ；△t为工件升高温度，℃。

由变形量公式可知，热变形量与温升成正比，因此。必须有效控制零件温升。采用冷却液对加工工件进行充分冷却、润滑，吸收切削产生的热量，改善刀具与工件的摩擦情况，降低切削热、减小热变形和刀具磨损，从而提高加工精度。

3.4 传统细长轴的加工描述

细长轴传统的加工方法——两顶 (即一夹一顶)，一般都利用过定位原理，使用跟刀架或中心架作为辅助支撑来增加工件的刚性。这一加工方法，对要求不高的细长轴没有问题，但对于精度要求高或长径比很大的超细长轴就很难加工出合格产品。由于顶尖的顶力作用，使轴在加工中受到的径向弯曲力加大，从而使轴的弯曲变形加大，加工精度降低。再加之切削热及跟力架与中心架的摩擦热使工件产生热膨胀，工件胀长增大了轴的弯曲度，另外跟力架与中心架的脚爪中心线可能与轴中心线不完全同心。因此，一夹一顶的传统方法，加工超细长轴，即使使用中心架、跟刀架来增加零件的刚度，也不能很好的消除弯曲变形，加工精度也低。

3.5 车削细长轴类零件技术改进

细长轴一夹一拉加工法针对传统装夹方法的缺陷，采用一夹一拉【4】的装夹方法来解决这一问题，装夹时需要在夹紧处垫一开口钢丝圈，使工件与卡爪之间的夹持变为线接触，起到类似万向节的作用(使工件在装夹过程中不产生过定位)，工件的另一端由经弹性活顶尖（图7）按轴径改制成的顶尖(图8所示)拉紧，其拉紧力越大加工效果就越好。

根据前面的分析可知，一夹一拉加工方法，由于两端拉力，使轴在加工中受的径向弯曲力减小，从而使轴的弯曲变形减小；再加切削热及摩擦热是使工件受热膨胀增长，两拉作用力能很好地防止工件胀长顶死而弯曲变形，因此，两拉加工方法与传统加工方法相比，能有效提高工件的加工精度。

细长轴的两拉车削工艺细长轴一般采用先按改制后的顶尖内螺纹孔配车拉螺纹。以便在车削过程中庄家方便。

结语

一直以来我都在不停地思索。看了相关书籍和资料后结合专业知识写下了这篇论文。希望能够对加工细长轴的企业有所帮助。

[1]曾庆福.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社，1990.

[2]韩步愈.金属切削原理与刀具[M].北京:机械工业出版社，1995.

[3]蒋增福.车工工艺与技能训练[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]赵建中.细长轴类零件的加工方法 [J].四川.机械研究与应用，2007.