细长轴车削加工问题浅析

79 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald工 业 技 术2011 NO.20Science and Technology Innovation Herald科技创新导报1 细长轴变形的因素1.1切削力在车削加工中,切削力可分径向切削力、轴向切削力、切向力,在这些分力中对工件变形影响最大的是径向力,它可使细长轴沿径向被顶弯,其次是轴向力较大时会引起细长轴的轴向弯曲。1.2切削热车削细长轴时,由于工件与刀具间的摩擦会产生大量的切削热,使细长轴的温度升高,从而使细长轴伸长,当其伸长量受到限制时,会使细长轴受到轴向挤压而弯曲。2 提高细长轴加工精度的工艺措施2.1细长轴装夹方式一般轴类在机床装夹通常采用两顶尖或一夹一顶的方式。但对于细长轴如果采用两顶尖装夹,由于受其自身重力的影响会产生弯曲,造成中心孔与顶尖接触不良,在切削力的作用下或将细长轴顶出,造成脱落。故在实际车削加工中常采用一夹一顶装夹细长轴。装夹时在卡爪内垫上Ф3～Ф5mm的钢丝圈,以使细长轴能自动调节其位置,避免在装夹时产生弯曲力矩;后顶尖选用弹性活动顶尖,用以补偿热伸长量,但要求弹性活动顶尖的圆跳动量不大于细长轴公差的1/3倍。顶尖与中心孔接触时,接触力不能大,防止出现支顶变形。2.2辅助支撑的选择采用一夹一顶装夹虽然对细长轴的热变形伸长量起到了一定的补偿,但在切削力作用下,细长轴会发生的径向弯曲,为减小切削力对变形的影响,常选用中心架或跟刀架等辅助支撑来提高工件系统的刚性。中心架:适用于细长轴长径比不大,加工精度不高、允许分段切削或调头切削的情况。使用时常在细长轴上切出一段圆柱面(称为支撑轴颈)安放支撑爪。因支撑轴颈对于长径比较大的细长轴来说加工困难,故此在车削细长轴时常用跟刀架。跟刀架:跟刀架有两爪跟刀架和三爪跟刀架。车削加工中细长轴除承受切削力外,还要承受自身的重力作用,而两爪跟刀架在支承细长轴时,会因重力作用瞬时离开支承爪,而产生振动。如果选用三爪跟刀架,细长轴被固定在三个支撑爪和刀具之中,不仅能够减小径向切削力产生的变形,而且能够抵消由于自重引起的变形,车削时不易产生振动,切削稳定性好。因此,在车削细长轴时为提高工件系统的刚性,一般选择三爪跟刀架。2.3刀具几何角度的选择车削细长轴时,由于工件系统的刚性差,为减小切削加工中,因切削力影响而产生的振动和热变形,在加工前应对刀具的几何角度进行合理选择和修磨。(1)主偏角:车刀的主偏角是影响径向切削力的重要因素,主偏角越大,径向切削力越小。因此,车削细长轴时常选用大主偏角的刀具进行加工,主偏角一般取在85°～93°之间。(2)前角:前角主要影响切削力的大小。前角越大则切削力越小,因此在刀具强度允许的情况下尽量选择较大的前角,以减小切削力。故在车削细长轴时应选择大前角,通常取在15°～30°之间。(3)刃倾角:为保证刀具容易切入工件和减小切削力,加工细长轴时刃倾角通常选择在5°～15°之间。(4)刀尖圆弧:刀尖圆弧起保证刀具锋利、改善刀尖散热和增强刀尖强度的作用。在车削细长轴时,为减小切削力、防止产生振动,一般将刀尖圆弧刃磨的较小,其大小应不大于0.3mm。2.4改善切削受力的措施切削加工中,轴向切削力对刚度较高的轴类工件可忽略不计,但在细长轴加工中由于工件系统的刚性较差、车削不稳定,轴向力可将细长轴沿轴顶弯。因此在细长轴加工中常采用反向切削法车削。反向切削法是使刀具沿车床导轨,由卡盘向尾座方向进给。这种切削方式可使细长轴始终承受轴向拉力的作用,解决了轴向切削力把细长轴顶弯的问题,同时也减小了由于径向切削力作用而引起的切削变形问题。2.5补偿热变形伸长量的措施(1)切削用量的合理选择:切削用量对切削加工产生切削热的多少,具有不同的影响程度,其中切削速度对切削热的产生影响最大。因此在车削细长轴时应根据加工性质、工件材料等进行合理选择,对硬质合金刀具来说,一般切削速度控制在450～750r/min之间。(2)用弹性活动顶尖补偿:当细长轴在车削过程中,受切削热作用产生伸长时,通过弹性活动顶尖内的碟形弹簧受到压缩,使顶尖自动后退,从而进行补偿,细长不易产生弯曲,使车削加工顺利进行。(3)充分浇注切削液:车削细长轴时,应在支撑爪与工件摩擦部位浇注冷却油或切削液;同时对切削区进行充分浇注切削液,减少热量的产生和向工件传导,可有效控制细长轴的温度上升,从而抑制热变形伸长量。细长轴虽然刚性差,但通过合理的装夹、选择辅助支撑,正确的修磨刀具,选用适宜的加工方法和切削用量等措施,都能够有效的避免热伸长变形、振动,从而获得满意的加工效果。参考文献[1]邓英剑．细长轴车削刀具的设计[J]．通用机械,2004.[2]李永祥．细长轴的车削车削加工方法[J]．工程机械,2005.[3]胡龙等．车工技师手册[M]．北京:机械工业出版社,1998.提高细长轴加工精度的措施①陈广利(河北省保定市高级技工学校 河北保定 071000)摘 要:在机械加工中常遇到长径比大于25的轴类零件,如机床的光杠、操纵杠等,这类轴统称为细长轴。虽然细长轴形状不复杂,但由于其刚性差,在车削加工中受到切削力、重力、热变形的影响,易产生振动和弯曲变形,难以保证加工精度。关键词:切削热 热变形伸长量 切削力中图分类号:TH13文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)07(b)-0079-01

第３期（总２４期）　２００７年９月　河北能源职业技术学院学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｂｅｉ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｖ￣ｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．３（ＳｕｍＮｏ．２４）　Ｓｅｐ．２００７　

文章编号：１６７１—３９７４（２００７）０３—００７１一Ｏ３　

细长轴车削的对策　

刘其兵　

（１．陕西工业职业技术学院，陕西成阳７１２０００；　

２．陕西科技大学机电工程学院，陕西西安７１ｏｏ２１）　

摘要：直径与长度之比大于１：２０的轴称为细长轴。在切削力、切削热和振动的作用下，横置的　细长轴很容易弯曲变形而丧失精度，因此，采用反向进给车削，配合中心架和跟刀架的合理使用，　

加之以最佳的刀具几何参数、切削用量等一系列有效的工艺措施．，就可以达到加工要求。　

关键词：细长轴；车削；工艺措施　

中图分类号：ＴＨ１６　文献标识码：Ａ　

Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｔｕｒｎｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｓｌｅｎｄｅｒ　Ｓｈａｆｔ　

ＬＩＵ　Ｑｉ—ｂｉｎｇ　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　Ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｈａａｎｘｉ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉａｎｙａｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ　７１２０００；　２．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｏｆ　Ｓｈａａｎｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

Ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ　，Ｓｈａａｎｘｉ　７１００２１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉａｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　ｌｅｎｇｔｈ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　１：２０　ｃａｌｌｅｄ　ｔｈｅ　ｓｌｅｎｄｅｒ　ｓｈａｆｔ　ａｘｉｓ．Ｉｎ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ，ｃｕｔｔｉｎｇ　

ｈｅａｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｌｅｎｄｅｒ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ａｘｉｓ　ｂｅｎｄｓ　ｅａｓｉｌｙ　ａｎｄ　ｌｏｓｅｓ　ｔｈｅｉｒ　ａｃｃｕｒａｃｙ．　

教学研究ｊ　：　教学方法　对细长轴车削的教学探索　

车削加工过程中，细长轴类零件的加工比较困难，主　要原因是工件细长，刚性较差：加工中不采取措施，就容　易产生弯曲、振动而导致工件质量差甚至达不到要求。在　学校钳工实训当中，鸭嘴锤的手柄短细，加工出来的手柄　质量很差。经过具体研究，我们总结出以下几方面存在的　问题并进行了改进，使得手柄加工得以顺利完成。　一、加工工艺及存在的主要问题　毛坯材质为４５号钢，直径为１　２ｍｍ，长度２０５ｍｍ左　右，弯曲度较大。采用一夹一顶的方式装夹，先车平面，　车出卡一端的圆柱面，调头车平面，打中心孔，卡上后用　顶尖顶上，进行粗精加工。加工中主要出现以下几个方面　的问题工件加工过程中产生变形、振动使加工质量受到　严重影响；加工过程当中，排屑不畅，堆积在刀尖附近，　划伤已加工表面；切屑呈深蓝色，刀尖损坏，造成工件废　品。　二、主要改进措施　１．改善工件弯曲变形及振动状况　（１）校直。毛坯弯曲度大，切削用量不均，容易发生　振动，经过简单校直后，使切削后的表面残余应力保持均　匀，避免工件在使用中产生较大变形。由于条件所限，我　们采用冷校直，效果非常明显，废品率明显降低。　（２）跟刀架。采用三支承跟刀架，用三个支承和车　刀抵住工件，使其在车削时上下前后都不能径向跳动。切　削中跟刀架三支承爪与车刀组成两对径向压力，平衡切削　时产生的径向力。工件只能绕轴线旋转，能平稳地切削加　工。加工过程中，要求架爪与工件表面要接触良好。其压　力大小控制好，不得过紧或过松，加工中进行注油润滑。　该措施使工件刚性大大增强，有效防止弯曲变形，保证加　工质量。　（３）活顶尖。顶尖与工件接触压力的大小要控制，　压力太大会使工件弯曲变形，压力太小容易引起开始吃刀　的振动。另外，加工过程中，因为工件受热伸长，受到轴　向挤压而引起弯曲变形。因此，要注意随着工件温度的升　高，适当将尾座顶尖稍微后撤，使其松紧适度。　（４）反向走刀。走刀过去是采用从尾座向卡盘端进行　车削，调整为采用反向走刀。正向走刀时，细长轴处于受　压状态，很难保持原来的直线状态，会发生侧弯变形，进　步降低加工质量；反向走刀时，轴内部产生较大的拉应　力，不会径向变形，振动明显减少，加工质量和精度明显　提高。　２．提高车刀刃磨技术　（１）主偏角。为了减少细长轴的弯曲，在实际切削中　径向切削力越小越好，而刀具的主偏角是影响径向力的主　０ＣＣＵＰＡＴ１０Ｎ　２Ｏ１Ｏ　１１　文／陈征　要因素。因此在不影响刀具的情况下，应尽量增大车刀主　偏角，实践中选用９０。角。　（２）前角。前角直接影响切削力、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／Ｊ、。但增大前角，会使楔角减小、切削　刃与刀头强度降低，容易造成崩刃。还会使刀头的散热面　积和容热体积减小，使切削区局部温度上升，易造成刀具　的磨损　刀具耐用度下降。据此粗车刀前角取１　５。角，　精车刀前角取３０。角。另外，要注意降低前刀面的粗糙度　值，保持刀具锐利，以减少车刀与工件的摩擦。　（３　ｊ刃倾角。在实际切削中，为了使切屑流向待加工　面以防损坏已加工面，影响加工质量，取正的刃倾角３。左　右。　（４）断屑槽。在加工中取较大前角，但是较大前角不　利于断屑，容易导致切屑连续不断，形成缠绕。为使切屑　能顺利弯曲折断，在车刀前面磨出断屑槽，使切屑流入断　屑槽时再卷曲变形，进～步硬化和脆化。选择外斜式宽度　为４—５ｍｍ的断屑槽，切削屑流出方向稳定，排屑流畅，断　屑良好。　３．调整切削用量　（１）切削深度。在工艺系统冈４度确定的前提下，随　着切削深度的增大，车肖Ⅱ时产生的切削力、切削热随之增　大，使细长轴的受力、受热变形也增大。由于硬皮层的存　在，粗加工的背吃刀量按照大于硬皮层的厚度以保护刀尖　原则，选择１　ｍｍ；精加工阶段，为保证加工质量切削余量　保持在０．２ｍｍ。　（２）进给量及进给方案。进给量增大会使切削厚度增　加、切削力增大，但同时自激振幅降低、切削效率提高。　经过几次试验之后，维持粗加工进给量在Ｏ．２ｍｍ／ｒ，精加工　在０．１ｍｍ／ｒ。另外为有利于切屑的断裂，也考虑到对加工效　率要求不高。在粗加工过程中，保持进给量按“ｆ—Ｏ—ｆ一　０……”的顺序依次切换（ｆ为切削时刀具的进给量，Ｏ表示进　给量为零），断屑效果直接有效。　（３）切削速度。粗加工时，背吃刀量和进给量都较　大，切削速度受刀具耐用度和机床功率的限制，一般较　低。精加工日寸，背吃刀量和进给量都较小，切削速度主要　受加工质量和刀具耐用度的限制，一般较高。考虑到自　激振动的影响，以及精加工时避开积屑瘤产生的速度范　围，粗车时切削速度调整￣２０ｍ／ｍｉｎ，精车时，切削速度　６０～１ＯＯｍ／ｍｉｎ。　４．在润滑冷却方面。加注充分的切削液　除了能够减少工件的温升而引起热变形，又保证了刀　具的耐用度，以减小刀具磨损给工件带来的形状误差，切　削液还能够有效防止跟刀架支承爪划伤工件。　（作者单位：浙江省萧山科技学院）

细长轴加工精度的控制对策研究　蔡瑞忠　（郑州市技师学院，河南郑州４５０００６）　［摘要】随着我国经济的不断发展，零件加工行业得到了快速发展，在工件的实际加工的过程中经常会出现一些问题，尤其是细长轴在进行相　应的加工时，其加工的精度很难得到保障，这是轴类工件在加工时所碰到的一个难点。细长轴工件的加工过程通常由于工件本身的长度和直径偏大，所　以在车削的过程中会出现许多的难点问题，ｖ：￣－Ｆ就针对细长轴＿Ｔ－件在加工的过程中经常遇到的情况做研究分析，并提出相应的改进的措施。　【关键词】细长轴；加工精度；控制；对策研究　【中图分类号】　ＴＨ１６１．１　【文献标识码】Ａ　当前使用传统的磨削和车削的方法来　加工细长轴工件，已经不符合时代发展的　需求，使用传统的方式进行细长轴工件的　加工的工作效率较低，对于操作者的要求　较高，相应的劳动量较大，并且在加工的过　程中易出现弯曲变形的现象，工件的精度　得不到很好的保障，不能满足当前工件加　工的需求。提高细长轴工件加工的精度以　及加工的效率，降低操作者的劳动量已成　为当前细长轴零件加工过程中所面临的一　个重要的问题。　１　细长轴工件在加工时常见的问题　１．１切削力导致的变形　在细长轴工件切削过程中，会受到刀　具来自不同方向的作用力：主切削力、轴　向力以及径向力。在加工工件的过程中　主切削力会对工件形成一定程度的扭矩，　同时导致零件的垂直平面产生一定的弯　曲；其轴向力不仅可以沿着轴线方向产生　一定的作用力，还会对零件构成～个相应　的弯矩，从而导致工件水平方向上产生一　定程度的弯曲；相应的径向力也会导致零　件的水平平面产生一定程度的弯曲形　变。工件在三个作用力共同的作用下就　会导致工件失去稳定，发生压弯的现象。　所以在细长轴工件进行车削加工时，不仅　要注意其径向力所造成的影响，同时还要　注意主切削力以及轴向力所造成的影　响。在细长轴工件进行加工时，要保障各　个力之间的平衡，从而使细长轴工件加工　的精度得到保障。　１．２其他情况造成的变形　在细长轴工件加工时，还会出现一些　其他情况引发工件变形的现象，比如：工件　会因为自动下垂而引发弯曲，特别是在高　速旋转的情况下，更容易发生；工件在加工　过程中受到一定程度的切削热作用，也会　导致工件弯曲变形；由于加工材料硬度不　均，所以内部受力不均，引发工件产生变　形；此外工件在受到装夹力以及残余内应　９２　ＣＨＵＡＮＧＸＩＮＫＥＪＩ　２０１３．０８　力的影响，也会发生工件弯曲。　２提高细长轴零件加工精度的措施　２．１选用科学合理的加工工艺　在细长轴工件进行加工时，首先要选　择相应的加工工艺，比如：选择热处理的方　法以及切削用量的选择等，科学合理地选　择加工工艺，保障工件加工的质量。　首先是切削深度控制，细长轴工件通　常情况下刚性较差，毛胚弯曲或者是余量　不均就会发生加工误差。由于细长轴车刀　的前角较大，为使刀刃有充足的强度来进　行相应的加工，其后角一般设置较小６ｏ－８。，　在装刀时可高于工件中心Ｏ．１　ｍｍ～０．３　ｍｍ，　保障工件加工的稳定性。在加工细长轴工　件时，其刀刃的倾角通常设置在３。左右，这　样可以在切削时保持平稳，并且还可以保　障工件加工表面的光滑度。在对细长轴工　件进行加工时，其走刀的次数不能太少，要　保持在４次一６次，适当的增加其走刀的次　数，有利于控制刀削力，保障工件加工的稳　定性。其次是进给量和切削速度的控制，　在细长轴工件加工时进给量应该根据表面　质量的要求做出合理地选择，要根据相关　的手册进行进给，不能一味的增大进给　量。相应提高切削速度有利于切削力的降　低，有效减少切削变形，同时提高工件表面　粗糙度。此外还要控制切削速度，减少由　于离心力过高而引发的工件弯曲，将切削　的速度控制在一定的范围之内，对于一些　长度比较大的工件，在加工时切削的速度　要保持适中。最后是热处理工艺的选择，　要考虑到所加工零件的性能，遵循消除加　工材料内部组织不均匀的原则，使工件内　部受力保持均匀，减少加工变形。　２．２刀具和辅具的选择　在工件加工时，刀具的选择很重要，为　了提高细长轴工件加工的质量，从刀具和　切削方面采取的主要的措施是：减小主切　削力和径向力。细长轴车刀的选择一般会　使用硬质的合金车刀ＹＴ１５、Ｙｗ和ＹＴ３０，　其选用的主偏角一般为７５。～９Ｏ。，细长轴车　刀的前角一般情况下都是比较大的，加大　相应的前角的角度，可以有效地减少切削　变形情况的发生，同时还能够减少切屑和　前刀面之间的摩擦，提高刀刃的强度。其　辅具主要的作用是加强工件的刚性，防止　工件在切削的过程中发生弯曲变形，在车　削细长轴的过程中一般常用到的辅助工具　有：顶尖、刀架、中心架以及托架等，相应辅　具正确的选择和使用，可以有效地保障工　件切削过程的顺利进行，并且还能够提高　工件的加工质量。　２．３新加工方法的应用　首先是刀切削法的应用，在进行细长　轴工件加工时，可以使用前后两个刀架，使　其能够同时的进刀和退刀。在工件加工　时，可以采用４５。车刀分为两段进行相应的　调头切削，两把刀的切削径向分力之间互　相抵消，使切削的过程更加稳定，从而减少　工件加工过程中弯曲变形现象的发生。另　外使用反向进给法可以避免因为轴向力所　引发的压弯现象的发生。此外还可以使用　磁力切削法，减少工件加工过程弯曲变形，　提供工件加工的精度。　参考文献　【１】贾永军，刘金娃．细长轴加工精度的　控制方法分析【Ｊ】．产业与科技论坛，２０１３，　０４（０１）：１４—２１．　［２］谢林．提高细长轴车削质量的措施　【Ｊ］．机电产品开发与创新，２００９，０２（０５）：　６６－７１．　［３】蒙坚，蓝卫东．浅析导轮工作精度对　快走丝线切割加工精度的影响［Ｊ］．沿海企　业与科技，２００９，ｌｌ（０３）：３７—４２．　『４］．Ｙ－绍霞，徐国军，张海涛．浅谈压力　容器焊接质量控制措施ｆＪ］．中小企业管理　与科技（下旬刊），２０１１，０２（０２）：１１４—１２１．　【５］谢林．提高细长轴车削质量的措施　［Ｊ】＿机电产品开发与创新，２００９，０８（０５）：　９】－９７．　ｒｎ　瓣　匿　¨　仑’ｊ