细长轴加工工艺特点及反向走刀车削法

浅析细长轴车削加工关键技术车削细长轴时，由于长径比大，在切削力作用下会产生弯曲变形与振动，故细长轴的车削加工目前仍是一个工艺难题。

当前该问题的解决主要靠操作者的经验，因此对工人的技术水平要求很高，且效率很低。

由于细长轴本身刚性差、耐热性差以及加工时间长等特点的影响，在车削加工的过程中容易受到切削热和切削力的影响产生弯曲变形，威胁零件的加工精度，经过加工的细长轴容易出现粗细不均等形状偏差。

针对于此，本文结合细长轴车削加工的特点以及车削加工常见的问题，就细长轴车削加工的关键技术进行了分析。

标签：细长轴;车削加工;关键技术;加工精度1 细长轴加工分析对于很多现代化机械设备而言，细长轴是十分主要的基础零件，其主要作用是支配机械内部的传动零件，保证传动零件能够在正确的工作位置上，同时起到传递运动与转矩的作用。

需要注意的是在一般情况下，只有轴的长度与直径之比能够满足L＼D>25时，才能够将其称为细长轴。

由于细长轴在保证机械内部正常运转有着十分重要的地位，因此在实际的加工中，细长轴的加工精度标准往往比较高，但是由于细长轴的结构特点，又使得细长轴的刚性较差，在加工过程中振动较大，这就使得细长轴的加工难度比较高。

结合实际情况，目前在细长轴加工工艺中主要存在以下特点：第一，细长轴的刚性较差，因而在进行细长轴的机车车削加工时，如果存在装夹不当的情况，就很容易导致细长轴在切削力与重力的作用下发生弯曲变形，进而在加工过程中产生振动，影响细长轴的表面加工精度。

第二，细长轴的散热性比较差，加工过程中细长轴受到热的作用，工件的轴向尺寸会有所增加，当轴两端为固定支承时，会出现挤压变形的情况，导致工件被卡住加工困难。

第三，工件处于高速旋转的状态下时，受到离心力的作用会加剧振动和弯曲。

第四，由于细长轴的轴向尺寸大，因而加工时间也比较长。

2 细长轴车削加工技术分析2.1 选择恰当的装夹方法细长轴车削加工的装夹方法包括双刀切削法、一顶一夹装夹法、反向切削法以及双顶尖装夹法等。

细长轴的加工技巧蚌埠液力机械厂马长明细长轴类的工件刚性很差，原来加工细长轴的方法是采用正向走刀，用90度主偏角车刀加工外圆，它的缺点是：在车削加工时很容易因车削力及重力的作用产生振动而变形，从而降低加工精度和表面光洁度，因细长轴的热扩散性能差，在切削热的作用下，会产生相当大的线膨胀，如果轴的两端为固定支承，则会因受挤压而弯曲变形。

当轴以较高速度旋转时，这种弯曲所引起的离心力，将进一步加剧轴的变形。

由于细长轴的加工时一次走刀的所需时间较长，刀具磨损大，从而增大了工件的几何形状的误差。

所以选择合理的车刀几何角度，对细长轴的加工质量有着至关重要的作用，针对细长轴在切削加工中存在的技术难点，通过实践总结出：改用75度左偏刀和反向走刀法切削细长轴类零件。

一、工件的装夹方式：（主要解决切削时产生的线膨胀）首先将棒料校直，用卡爪夹紧一端，一般在15毫米左右，在靠近卡爪5-10毫米处车出缩颈d，d的直径可随着D的大小产生变化，切退刀槽如图一所示，细长轴的另一端用弹性活动顶尖支承，当工件因切削热产生线性膨胀伸长时，弹性活动顶尖能自动后退，可以有效地补偿工件因热变形伸长，避免了热膨胀引起的变形。

心，这时在切削过程中工件就会产生振动，不能进行正常的切削。

如选用粗车时，车刀安装的位置高于机床中心0.5-1.5毫米.如图二所示,这样在实际切削加工中,工作前角γ1增大,使刀具前面磨损减小,便于切削,同时其工作后角α1则相应地减小,刀具后角的主要作用是减小和增大刀具后刀面与工件的摩擦,现在刀尖抬高0.5-1.5毫米,后角变小了,磨擦增大,切削时,刀具后刀面与工件表面有轻微的磨擦,相当于增加了一个支承点,使工件刚性增大,防止了切削时的低频振动,故而振动消失,细长轴表面的光洁度得到提高,保持了工件固有的刚性。

选用75度主偏角车刀，可有效地消除工件出现弓形，振动，车刀主前角γ为25度，γ棱边是25度，倒棱0.4-0.8毫米,由于倒棱和R4断屑槽的作用,它具有良好的断屑性能,同时由于刀尖角度的增大,增加了刀尖的强度和散热条件,车刀主后角为8度, α棱为-12度,倒棱为0.1-0.3毫米,增加了车刀后隙面支持在工件上的接触面积,防止了由于工件材料内部组织不均而产生的啃刀现象,并可消除低频振动。

细长轴加工工艺特点
由于细长轴刚性很差，在加工中极易变形，对加工精度和加工质量影响很大。

为此，生产中常采用下列措施予以解决。

(一) 改进工件的装夹方法
粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。

但是，由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。

在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。

采用卡拉法可避免这种现象的产生。

精车时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键是提高中心孔精度。

(二)采用跟刀架
跟刀架是车削细长轴极其重要的附件。

采用跟刀架能抵消加工时径向切削分力的影响，从而减少切削振动和工件变形，但必须注意仔细调整，使跟刀架的中心与机床顶尖中心保持一致。

(三)采用反向进给
车削细长轴时，常使车刀向尾座方向作进给运动（此时应安装卡拉工具），这样刀具施加于工件上的进给力方向朝向尾座，因而有使工件产生轴向伸长的趋势，而卡拉工具大大减少了由于工件伸长造成的弯曲变形。

(四)采用车削细长轴的车刀
车削细长轴的车刀一般前角和主偏角较大，以使切削轻快，减小径向振动和弯曲变形。

粗加工用车刀在前刀面上开有断屑槽，使断屑容易。

精车用刀常有一定的负刃倾角，使切屑流向待加工面。

浅谈细长轴零件的车削方法【摘要】工件的长度L与直径d之比大于25（即长颈比L/d>25）的轴类工件称为细长轴。

细长轴的外形并不复杂，但由于其本身的刚度低，车削时又受切削力、重力、切削热等因素的影响，容易产生弯曲变形以及振动、锥度、腰鼓形、竹节形等缺陷，难以保证加工精度，甚至无法加工。

虽然细长轴的加工难度大，但却有加工普通工件的共性（如：切削方式、工件安装、车削的选择和装夹等方面）；本文论述了在细长轴车削加工过程中的一些难点和解决方法：抓住车削共性，再结合细长轴的个性，解决刚度、热变形伸长及合理选择车刀的几何参数等三个关键技术，细长轴的车削也就顺心应手了。

【关键词】细长轴；装夹；刀具；措施一、细长轴车削过程中遇到的问题工件的长度L与直径d之比大于25（即长颈比L/d>25）的轴类工件称为细长轴。

细长轴刚性差，使用机床、刀具、夹具、工件的工艺系统刚性不足，切削中易产生振动变形，造成加工困难。

在加工过程中，所遇到的主要问题是：1.工件受切削抗力而产生振动和出现弯曲变形，使几何精度和表光洁度降低。

2.在切削过程中工件吸收的切削热，会导致工件产生较大的轴向线膨胀，加剧弯曲变形，增加振动，甚至使工件挤死在两顶尖之间，造成无法加工。

3.长颈比愈大，自重力愈大，工件在高转速下，产生的离心力也愈大，上下跳动也就严重影响加工质量。

4.刀具的几何角度、切削用量和加工工艺方法等选择不当，会使切削力加大，变形和振动加剧。

5.工件弯曲和振动，使车削加工必须采用较低的转速和切削深度，限制了生产效率的提高。

6.工件在径向切削力作用下，车削已加工的工件外形容易形成两端小、中间大，还易出“扎刀”现象。

7.机床调整不当，易产生锥形误差；夹具调整不当，易造成弯曲和产生“竹节形”、“菱形”等。

二、解决问题的措施在生产实际中，为了确保细长轴的加工精度和表面质量，提高生产效率，我们采取了以下措施：1.为了弥补细长轴的刚性不足，在车削中，应采用跟刀架，以提高工件的刚性，减少变形。

细长轴加工工艺特点及反向走刀车削法
1．细长轴车削的工艺特点
（1）细长轴刚性很差，车削时装夹不当，很容易因切削力及重力的作用而发生弯曲变形，产生振动，从而影响加工精度和表面粗糙度。

（2）细长轴的热扩散性能差，在切削热作用下，会产生相当大的线膨胀。

如果轴的两端为固定支承，则工件会因伸长而顶弯。

（3）由于轴较长，一次走刀时间长，刀具磨损大，从而影响零件的几何形状精度。

（4）车细长轴时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件压力不适当，会影响加工精度。

若压力过小或不接触，就不起作用，不能提高零件的刚度；若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀架继续移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块与工件脱离，切削力使工件向外让开、切削深度减小，车出的直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件压向车刀，使车出的直径变小，这样连续有规律的变化就会把细长的工件车成“竹节形”，如图6－37所示。

2．反向走刀车削法
图6－38所示为反向走刀车削法示意。

这种方法是细长轴的先进车削法，特点如下。

（1）细长轴左端缠有一圈钢丝，利用三爪自定心卡盘夹紧，减小接触面积，使工件在卡盘内能自由地调节其位置，避免夹紧时形成弯曲力矩，在切削过程中发生的变形也不会因卡盘夹死而产生内应力。

（2）尾座顶尖改成弹性顶尖，当工件因切削热发生线膨胀伸长时，顶尖能自动后退，可避免热膨胀引起的弯曲变形。

（3）采用三个支承块跟刀架以提高工件刚性和轴线的稳定性，避免竹节形。

（4）改变走刀方向，使床鞍由主轴箱向尾座移动，使工件受拉，不易产生弹性弯曲变形。

２．使用跟刀架车削细长轴（1）车削之前必须对工件进行校直。

目的是防止因工作自身弯曲。

旋转时加剧弯曲程度，容易在切削时产生变形。

一般采用的方法是：对直径较小的工件可采反击法，也就是把工件放在一个平台上用手转动工件，使弯曲凸起的部分向上用锤敲，使工件可向两端延伸，达到平直的目的。

对直径较大的工件，可使用一些简单压力设备对其进行校直，基本做法是用V形铁将工件两端垫起，使工件弯曲凸起的部分向上，用机械力缓慢地向下压，往复几次后工件基本上可校直。

通常情况下，粗车工件弯曲度不大于1mm，精车工件弯曲度不大于0.02mm。

（2）车削具体过程。

要先把跟刀架用螺钉固定在大滑板上，跟在车刀后面，随车刀进给移动，以抵消背向力，增加工件的刚性，减小变形，从而提高细长轴的形状精度，并减小表面粗糙度。

（3）跟刀架结构。

跟刀架从结构上分为两爪和三爪两种。

车削时，最好选用三爪的跟刀架，使切削更稳定。

从跟刀架的设计原理来看，只需要使用两爪的跟刀架就可以了。

这是因为在车削时，车刀给工件的径向切削力使工件贴在跟刀架两个支承爪上，但在实际使用时，工件本身有向下的重力以及不可避免的弯曲，使工件的中心轴与机床轴的中心轴线总有一段距离。

当工件旋转时，就会产生离心力。

在离心力的作用下，工件会瞬时离开支承爪，又瞬时接触支承爪，从而产生振动。

如果采用三个支承爪的跟刀架支承工件，一面由车刀抵住，使工件上下、左右都不能移动，车削就非常稳定，不易产生振动。

实践证明，使用两爪跟刀架，由于支承柱窄、支承面小、刚性差、加工精度低，在加工细长轴时不宜采用；而使用三爪跟刀架，可显著地增加细长轴的刚性，减小振动和变形，能有效地提高加工精度和产生良好效果。

但是，在使用三爪跟刀架时，如果使用不当，车削时会出现“竹节状”“棱圆状”和“麻花状”等形状的误差，因此使用时必须注意以下几点：第一，跟刀架的上爪、下爪和外侧爪应互成90°。

第二，卡爪与工件接触表面最好是60°左右窄的条形，其轴向长度以30～40mm为宜，接触面积应超过80%。

细长轴类零件的车削加工1. 中心架和跟刀架在细长轴零件加工中的应用车削细长轴工件，长度是直径10～12倍以上的长轴时，如车床光杠、丝杠等，由于这些轴本身的刚性差，加上切削力、切削热和震动等影响，车削时易产生弯曲、锥度、腰鼓度和竹节形等缺陷。

此外，在车削过程中还会引起震动，影响工件表面粗糙度。

为了防止这种现象产生，我们可以应用一种叫做中心架的特殊支承夹具。

中心架和跟刀架是车床附件之一，用卡盘顶针与中心架，或前后顶针与跟刀架装夹，可提高切削加工系统的刚性。

使用这些附加的装卡工具，可以增加工件的装卡刚度，减少震动，保证加工质量，避免零件产生鼓面，提高工件表面形状精度和表面粗糙度，并允许采用大切削用量加工，提高劳动生产率。

下面分别就中心架与跟刀架在细长轴零件中的应用加以说明。

一、中心架在细长轴零件加工中的应用1．中心架的结构中心架的结构组成如图5-1所示。

中心架一般固定在床面一定位置上，如图5-1(b)所示。

它的主体座l通过压板4和螺母5紧固在床面上。

盖子3与主体1用销作活落连接，盖子3可以打开或盖住，并用螺钉2固定。

三个爪的向心或离心位置，可以用螺钉6调节，以适应不同直径大小的工件，并用螺钉9紧固爪7和8，使爪在需要位置上固定不动。

2．中心架的使用(1)中心架的使用调整方法工件装上中心架之前，先在毛坯中间处车一条安装中心架卡爪的沟槽，槽的直径等于工件的直径，其宽度略比爪宽大些。

接着把中心架安装在床面适当位置上并加以固定，打开盖子3，把工件安装在两顶针中间(床尾要先调整好)，用划针盘或百分表检查槽是否跳动，然后将盖子3盖好，并调整中心架3个爪，使他们与工件沟槽轻轻接触。

这时慢慢转动工件，看是否能转得动。

在爪与工件之间最好垫一层铜皮或平皮带，并加些润滑油，或者3个爪用夹布胶木制造，这样可防止擦伤工件表面。

在车削大型工件或工件转速较高时，就必须采用带滚动轴承的中心架，如图5-2所示。

(2)车削步骤车削时，先车一端，一直车到沟槽为止。

细长轴的车削加工方案细长轴的车削加工摘要：细长轴在车削加工中承受自身重力、切削力、高速旋转产生的离心力的作用，极容易出现振动与弯曲变形现象，增大轴的几何形状误差，而细长轴的轴向尺寸较大，直径较小，热扩散性及刚性差，受切削热作用会在轴向发生线性膨胀，若在轴向的伸长量无法得到消除，轴将受迫弯曲，从而影响轴的精度。

因此，要提高超细长轴车削加工的精度，必须对车床的夹具和刀具做进一步的改进。

为了达到所要求的加工精度，加工过程中要使用跟刀架、弹性活络顶尖和中心架等夹具和辅具，针对加工过程可能出现的问题对普通跟刀架、尾座进行改进。

采用托架避免工件产生很大的摆动；采用一夹一顶的装夹方式，尾座具有弹性,同时采用反向车削的方法，配合以最佳的刀具几何参数、切削用量等一系列有效措施，提高了细长轴的刚性，满足了加工要求。

关键词：细长轴夹具跟刀架中心架刀具切削加工一、细长轴的特点通常指出在机械中作转动运动的长度大于直径的圆柱零件叫作轴，而工件的长度与直径之比大于25（即l/d>25）的轴类零件称作细长轴。

切削细长轴与通常轴类较之，细长轴刚性高，极易变形，振动小，给焊接加工增添困难，难于赢得较好的表面光洁度及几何精度，其加工特点如下：１）热变形大。

细长轴车削时热扩散性差、线膨胀大,当工件两端顶紧时易产生弯曲变形。

严重时细长轴会被卡死而无法加工。

２）刚性高。

切削时工件受切削力、细长的工件由于蔡国用弯曲、高速旋转时受离心力等都极容易并使其产生伸展变形。

３）表面质量难以保证。

由于工件自重、变形、振动影响工件圆柱度和表面粗糙度。

以下主要针对上面的三个加工特点去谈谈如何有效率的提升细长轴的加工质量。

二、如何预防细长轴车削加工变形的措施（一）增大热变形弯曲车削时，因切削热传导给工件，使工件温度升高，工件就开始伸长变形，如车削直径φ50mm，长度ｌ＝1500mm的细长轴，材料为45#钢，车削时因切削冷的影响，并使工件比室温增高30℃，则细长轴冷变形弯曲量△l＝11.59×10－6（45#钢的线膨胀系数）×1500×30＝0.522mm切削细长轴时，如果用两顶尖或用一端卡住一端压制住的方法加工，它的轴向边线就是紧固的，热变形弯曲0.522mm，工件就可以本身伸展，细长轴一旦产生伸展后加工就很难展开。

细长轴类零件的车削加工1. 中心架和跟刀架在细长轴零件加工中的应用车削细长轴工件，长度是直径10〜12倍以上的长轴时，如车床光杠、丝杠等，由于这些轴本身的刚性差，加上切削力、切削热和震动等影响，车削时易产生弯曲、锥度、腰鼓度和竹节形等缺陷。

此外，在车削过程中还会引起震动，影响工件表面粗糙度。

为了防止这种现象产生，我们可以应用一种叫做中心架的特殊支承夹具。

中心架和跟刀架是车床附件之一，用卡盘顶针与中心架，或前后顶针与跟刀架装夹，可提高切削加工系统的刚性。

使用这些附加的装卡工具，可以增加工件的装卡刚度，减少震动，保证加工质量，避免零件产生鼓面，提高工件表面形状精度和表面粗糙度，并允许采用大切削用量加工，提高劳动生产率。

下面分别就中心架与跟刀架在细长轴零件中的应用加以说明。

一、中心架在细长轴零件加工中的应用1 ．中心架的结构中心架的结构组成如图5-1 所示。

中心架一般固定在床面一定位置上，如图5-1(b)所示。

它的主体座I通过压板4和螺母5紧固在床面上。

盖子3 与主体1 用销作活落连接，盖子3可以打开或盖住，并用螺钉2 固定。

三个爪的向心或离心位置，可以用螺钉6 调节，以适应不同直径大小的工件，并用螺钉9 紧固爪7 和8，使爪在需要位置上固定不动。

2．中心架的使用(1 )中心架的使用调整方法工件装上中心架之前，先在毛坯中间处车一条安装中心架卡爪的沟槽，槽的直径等于工件的直径，其宽度略比爪宽大些。

接着把中心架安装在床面适当位置上并加以固定，打开盖子3，把工件安装在两顶针中间(床尾要先调整好) ，用划针盘或百分表检查槽是否跳动，然后将盖子3 盖好，并调整中心架3 个爪，使他们与工件沟槽轻轻接触。

这时慢慢转动工件，看是否能转得动。

在爪与工件之间最好垫一层铜皮或平皮带，并加些润滑油，或者3 个爪用夹布胶木制造，这样可防止擦伤工件表面。

在车削大型工件或工件转速较高时，就必须采用带滚动轴承的中心架，如图5-2 所示。

浅谈细长轴零件的车削方法【摘要】工件的长度L与直径d之比大于25（即长颈比L/d>25）的轴类工件称为细长轴。

细长轴的外形并不复杂，但由于其本身的刚度低，车削时又受切削力、重力、切削热等因素的影响，容易产生弯曲变形以及振动、锥度、腰鼓形、竹节形等缺陷，难以保证加工精度，甚至无法加工。

虽然细长轴的加工难度大，但却有加工普通工件的共性（如：切削方式、工件安装、车削的选择和装夹等方面）；本文论述了在细长轴车削加工过程中的一些难点和解决方法：抓住车削共性，再结合细长轴的个性，解决刚度、热变形伸长及合理选择车刀的几何参数等三个关键技术，细长轴的车削也就顺心应手了。

【关键词】细长轴；装夹；刀具；措施一、细长轴车削过程中遇到的问题工件的长度L与直径d之比大于25（即长颈比L/d>25）的轴类工件称为细长轴。

细长轴刚性差，使用机床、刀具、夹具、工件的工艺系统刚性不足，切削中易产生振动变形，造成加工困难。

在加工过程中，所遇到的主要问题是：1.工件受切削抗力而产生振动和出现弯曲变形，使几何精度和表光洁度降低。

2.在切削过程中工件吸收的切削热，会导致工件产生较大的轴向线膨胀，加剧弯曲变形，增加振动，甚至使工件挤死在两顶尖之间，造成无法加工。

3.长颈比愈大，自重力愈大，工件在高转速下，产生的离心力也愈大，上下跳动也就严重影响加工质量。

4.刀具的几何角度、切削用量和加工工艺方法等选择不当，会使切削力加大，变形和振动加剧。

5.工件弯曲和振动，使车削加工必须采用较低的转速和切削深度，限制了生产效率的提高。

6.工件在径向切削力作用下，车削已加工的工件外形容易形成两端小、中间大，还易出“扎刀”现象。

7.机床调整不当，易产生锥形误差；夹具调整不当，易造成弯曲和产生“竹节形”、“菱形”等。

二、解决问题的措施在生产实际中，为了确保细长轴的加工精度和表面质量，提高生产效率，我们采取了以下措施：1.为了弥补细长轴的刚性不足，在车削中，应采用跟刀架，以提高工件的刚性，减少变形。