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细长轴的车削技术

发表时间：2020/7/29 来源：《中小学教育》2019年12月1期作者：黄鑫

[导读] 在转动过程中，细长轴的加工更加困难。其特点是轴刚度差、轴易弯曲、振动，经常出现锥度太大、凸腹、竹、棱镜、非圆形等现象，导致工件不能满足精度和表面粗糙度的要求。提高细长轴加工质量和加工效率的有效措施是采用反向车刀，尾架采用弹性刀尖，中心架采用过渡套，合理匹配刀具几何参数。

黄鑫    陕西省汉中市略阳县天津职业技术教育中心学校
摘要：在转动过程中，细长轴的加工更加困难。其特点是轴刚度差、轴易弯曲、振动，经常出现锥度太大、凸腹、竹、棱镜、非圆形等现象，导致工件不能满足精度和表面粗糙度的要求。提高细长轴加工质量和加工效率的有效措施是采用反向车刀，尾架采用弹性刀尖，中心架采用过渡套，合理匹配刀具几何参数。
关键词：细长抽工件装夹车削
        引言
        由于细长轴的刚性差，弯曲力较弱，由于材料本身的自脱垂而产生弯曲现象。同时，在车削加工的过程中，影响切削热、切削力、振动等的影响，使工件容易变形，难以得到理想的表面质量和几何形状精度。因此，在车削过程中，应合理选择工件夹紧，刀具方向，辅助刀具，刀具几何形状和切削量。
        一、细长轴工件的装夹
        在机床上安装细长轴有两种方法。
        1、双顶尖法
        这种夹紧方式不会产生定位现象，同时同轴度好，加工也方便。然而，如果中心太紧，则通过热伸长切割工件，这将引起弯曲变形。
        2、卡顶法
        采用夹紧方法时，由于夹头顶孔与底面轴线不同，工件弯曲，导致夹紧定位过度。
        在上述两种安装方法中，如果施加相同的径向力，则后者产生的最大弯曲变形小于前一种。因此，细长轴的切削过程，机床上的安装方法，都应采用劫车的方法。但是，基于传统的卡顶方法，可以进行改进（参见图1）：
        （1）将工件夹在夹头的一端，将5mmx20mm的垫铁插入爪面与工件之间。垫铁的长度约为15-20毫米，使工件与爪之间的线接触，起到通用调节作用。
        (2)在尾座，则改用弹性尖端。反向转弯正好推动工件的热伸长到尾座部分。弹性顶针的轴向膨胀避免了工件的弯曲变形，提高了切削性能。
        二、采用反向走刀车削
        一般车削刀具方向从车床尾架转向头箱。然而，在加工细长轴时，建议采用反向走刀法，即从流浆箱到尾座的送料方向。这样，加工过程中工件受到的轴向切削力从前箱指向尾座，拉伸工件，降低细长轴的弯曲变形，提高工件的质量和效率。
        三、中心架或跟刀架的使用
        由于细长轴本身，特别是中间部分的刚度很低。在车削加工过程中，刀具相对于工件的变形和位移很大，使工件加工后产生较大的腰部滚筒误差。因此，在实际加工中，使用中心框架或刀架的附件来增加工件的刚性。
        1、用中心架跟夹
        中心支撑用于细长轴的中间位置。该方法适用于分段车削或头部车削。在安装中心架之前，必须在工件的粗糙中间安装一段支撑中心架的沟槽，但在细长轴的中间很难切割出沟槽。为了解决这个问题，可以使用过渡套筒和中心框架来配合夹紧工件(见图2)。此时，中心框架的爪不直接接触工件，而是接触过渡套的外表面。过渡套筒的两端装有四个螺丝，粗糙的工件用螺丝夹紧。
        2、用跟刀架装夹
        车细长轴时，最好使用三个支撑块和刀架，间隔90°。

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它有一个三向支撑爪，可平衡主切削力Fx，径向分力Fy和工件自身重量下垂G（见图3）。支撑块与工件之间的接触面可以钻孔成弧形表面，以增加与工件的接触面，提高刚度。每次进料完成后，支撑块的弧面必须根据路面进行调整，并根据加工后的表面进行调整
        在安装刀架之前，应在工件端面上制造一段长度为50~80 mm的外圆，以便安装支撑块。精加工时，刀座的支撑块安装在刀座的前面，以粗糙的表面作为支撑面，使支撑块避免在精加工刀的表面划伤痕迹。
        四、合理的刀具几何参数
        车细长轴时，为了减小径向切削力引起的工件弯曲变形，对车刀几何角度的综合要求如下：
        (1)主偏转角直接影响切削力的轴向力和径向力比分布。超前角增大，轴向力相对增大，径向力减小。采用反向进给车削时，轴向力增大，工件拉力增大，径向力减小，细长轴弯曲变形和振动减小。这两种方法都有助于提高加工精度。车细长轴时，一般主偏角取80°至90°。
        (2)切割热量和切削力可通过增加前角减小，使得刀具的切削刃锋利。根据前角的选择原则，转动细长轴时，前角为15°~30°。
        (3)刀前应有r1.5～3mm的晶片槽，使晶片卷曲断裂。
        (4)为了提高刀具的耐久性，在后刀具表面上磨削负倒角。
        （5）为了控制切割流出方向，切割过程平滑，防止切割损伤切割面，有利于降低表面粗糙度值。车削细长轴时，正刃倾角λs为3°~10°，使切削流向待加工表面流动。
        五、切削用量的选择
        由于细长轴的刚性较差，其三个元素（进给、切割速度和后刀）是有限的。因此，细长轴车削加工中切削参数的选择首先要保证工件的加工质量、加工效率和刀具的耐久性，其次要尽量减小切削变形、切削力和切削温度，以防止切削过程中的振动。用于转动细长轴的常用切削参数为：
        1、切削速度
        切割速度越高，越有利于减小切割力和减少切割变形，振动就会增加，但当切割速度达到一定的值时，振动就会变小。一般情况下，切削速度Vc=60～100m/min，工件和材料韧性小的"长径比"被选择。
        2、进给量
        进给速度应根据工件表面质量，刀片宽度和切割速度确定。粗车可以很大，而精车应该很小，一般在0.15~0.6mm / r的范围内。刃窄应小，刃宽可大，切速4～8m/min,进给量可达10～20mm/r。切割速度和进料应适当匹配，如切割速度快，进料量小，相反，切割速度低，进料量可适当增加。
        3、背吃刀量
        细长轴刚度差，刀量不宜过大，走刀次数不宜过少。
        六、结语
        通过分析工件特点，选择不同的夹紧方法、刀具材料、主要几何参数和切削量，可以较好地解决细长轴切削过程中的变形问题。在保证工件质量的前提下，大大提高了生产效率。
参考文献
[1] 唐大鹏《车工工艺学》西南交通大学出版社 2006.
[2] 王德发《金属切削手册》上海科学技术出版社 1994.
[3] 陈云《金属切削实用刀具技术》机械工业出版社 1993.