论文细长轴的加工技术方法

车工技师论文

车工职业文章

文章类型：技师论文

文章题目：细长轴的加工技术方法

姓名：杨强

职业：不落轮镟床工

准考证号: 工作单位：长沙市轨道交通运营有限公司

2015年9月8日

细长轴的加工技术方法

长沙市轨道交通运营有限公司杨强

摘要：由于细长轴在加工中刚性差，在切削时受切削力、重力、切削热等因素影响产生弯曲变形，产生震动、锥度、腰鼓形和竹节形等缺陷，难以保证加工精度。通过分析细长轴加工各关键技术问题对细长轴加工的影响，找到改进方法，从而提高细长轴加工的精度，保证合格率。

关键字：细长轴技术问题加工方法精度

引言

通常轴的长度与之直径比大于20～25(即L/d≥20～25)的轴称之为细长轴。这类零件一般在车床上进行加工。在车削加工过程中，由于其刚性差，在切削力和切削热的作用下，细长轴很容易产生弯曲变形，使加工出来的细长轴产生中间粗、两头细的形状，严重影响零件的加工精度。同时细长轴产生弯曲变形后，还会引起工艺系统振动，影响零件的粗糙度。

在切削力、重力和顶尖顶紧力的作用下, 横置的细长轴很容易弯曲甚至失稳, 因此, 车削细长轴时必须改善细长轴的受力问题。加工方法：采用反向进给车削, 选用合理的刀具几何参数、切削用量、拉紧装置和轴套式跟刀架等一系列有效措施。

一、提出问题

细长轴是机器上的重要零件之一．用来支配机器中的传动零件，使传动零件有确定的工作位置，并且传递运动和转矩。当轴的长度与直径之比Ｌ／Ｄ＞２５时，轴称为细长轴。“车工怕杆。钳工怕眼’’是人们熟悉的口头语。也就是说，由于细长轴的加工精度要求高，但细长轴本身的结构特点使之刚性差、振动大，所以加工起来存在一定的难度。其加工特点如下：

1、细长轴刚性很差。在车削加工时，如果装夹不当，很容易因切削力及重力的作用而产生弯曲变形，从而引起振动，降低加工精度和表面粗糙度。

2、细长轴的散热性差。在切削热的作用下。工件轴向尺寸会变热伸长，如果轴的两端为固定支承，则会因变挤而产生弯曲变形，甚至会使工件卡死在顶尖间而无法加工。

3、工件高速旋转时，在离心力作用下，加剧工件弯曲与振动。

4、细长轴轴向尺寸较长，加工时一次给所需时间长。刀具磨损大，从而影响零件的几何形状精度。

二、分析细长轴车削加工时受力变形的主要原因

在车床上车削细长轴采用的传统装夹方式主要有两种：一种方式是细长轴的一端用卡盘夹紧，另一端用车床尾架顶尖支承(一夹一顶)；另一种方式是细长轴的两端均由顶尖支撑(双顶尖)。通过分析研究，车削引起细长轴弯曲变形的原因主要有：

1、切削力导致变形

在车削过程中，产生的切削力可以分解为轴向切削力Px、径向切削力Pz。不同的切削力对车削细长轴时产生弯曲变形的影响是不同的。

（1）径向切削力Pz的影响

径向切削力是垂直作用在通过细长轴轴线水平平面内的，由于细长轴的刚性较差，径向力将会把细长轴顶弯，使其在水平面内发生弯曲变形.径向切削力对细长轴弯曲变形的影响(见图1)。

图 1 一夹一顶装夹方式及力学模型

（2）轴向切削力Px的影响

轴向切削力是平行作用在细长轴轴线方向上的，它对工件形成一个弯矩。对于一般的车削加工，轴向切削力对工件弯曲变形的影响并不大，可以忽略。但是由于细长轴的刚性较差，其稳定性也较差，当轴向切削力超过一定数值时，将会把细长轴压弯而发生纵向弯曲变形(如图2)。

图2 径向切削力的影响及力学模型

2、切削热产生的影响

车削加工产生的切削热，会引起工件热伸长。由于在车削过程中，卡盘和尾架顶尖都是固定不动的，因此两者之间的距离也是固定不变的。这样细长轴受热后的轴向伸长量受到限制，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。

因此可以看出，提高细长轴的加工精度问题，实质上就是控制工艺系统的受力及受热变形的问题。

三、提高细长轴加工精度的措施

1、机床的调整

细长轴的加工过程需要使用床身导轨的全部或大部分，因此机床本身的精度对加工效率、质量有着相当重要的影响。由于机床导轨面磨损程度不同，因此首先要对机床做适当的调整。使主轴中心和尾座顶尖中心线与导轨全长平行。

2、棒料的校直

对于精度要求高的零件要采用热校直法校直棒料，不宜冷校直，忌锤击。

3、选择合适的装夹方法

（1）两顶尖装央定位准确，容易保证工件轴度要求。但该方法车削刚性较差，要求顶紧力适当，否则弯曲变形大，而且极易产生振动。只适宜于长度与直径比不很大，加工余量小，需要多次以两顶尖孔定位来保证同轴度要求的工件加工。

（2）一端用卡盘夹紧，另一端用顶尖顶紧顶尖顶得太紧，工件切削时变热伸长变阻，将引起轴变形弯曲；顶尖顶得太松，则稳定性差，另外，顶尖孔与装夹基面往往不同轴，会形成装夹的过定位而使工件弯曲。此时．可在三爪卡盘与工件问垫入—个开口钢丝圈，使工件与卡爪成线接触，使细长轴在自由状态下定位夹紧，不会产生内应力。此外，后顶尖还可以采用弹性活顶尖，使工件变热伸长时不变阻，以减少弯曲变形

（3）一夹一拉装夹细长轴在车削过程中工件始终受到轴向拉力，因切削热而产生的轴向伸长量，可用后尾座手轮进行调整，这是加工细长轴比较理想的一种装夹方法

4、增加细长轴的刚性，减小车削时的振动，使用中心架和跟刀架来解决

使用跟刀架或中心架的加工特点：

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。造成机床、工件、刀具工艺系统的刚性不良给切削加工带来困难，不易获得良好的表面粗糙度和几何精度。

（1）当工件可分段车削时，中心架直接支承在工件中间。采用这种支承，长度与直径之比可以减少一半，相当于减少了轴与支承跨距，细长轴的刚度可以增加几倍，能有效防止轴加工时的绕曲变形(见图3-1)。

图3-1 中心架的装夹方法

（2）跟刀架固定在床鞍上，一般有两个或三个支承爪，跟刀架可以跟随车刀移动，抵消径向切削时可以增加工件的刚度，减少变形。从而提高细长轴的形状精度和减小表面粗糙度。跟刀架是加工细长轴及其重要的附件。跟刀架的形式很多，但不管是哪种，其中心都必须与卡盘、尾座顶尖处于同一中心上（如图3-2）。必要时可将圆柱铰刀或圆柱铣刀支持在三爪卡盘上，对跟刀架支撑头进行修正。加工细长轴时最好采用三支柱的跟刀架，支柱的材料为普通铸铁，因为这种材料的磨损较小能保证加工精度，而且不会研伤工件表面，能提高工