15年专注于精密细长轴制造

从细长轴车削加工的特点入手，着重研究和探讨在细长轴车削加工中，车刀主 要几何参数的选择、切削用量三要素的选择，以及车削细长轴经常遇到的问题的处理方法， 这对生产实践具有很好的指导作用。

一、细长轴的加工特点

所谓细长轴是指轴的长径比 l / d ≥ 20 的轴，当 l / d ≥ 100 时则称为细长杆。

细长轴加工特点 :

1．刚性差细长的工件由于自重下垂，高速旋转时受到离心力、车削时受到切削力都极易使其产生弯曲变形。工件弯曲越大，车削时振动越大，表面质量精度也越难以保证。

2．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。

3．加工疵病多在细长轴加工的整个工艺过程中，要求操作者技术水平高，操作细心， 如某一加工环节处理不当， 就容易产生问题， 如径向跳动、弯曲及产生竹节、波纹、锥度 等加工疵病。因此，在车削细长轴时，对机床的调整、辅具的应用、刀具、切削用量等都提 出了较严格的要求。

二、具体措施

1、使用中心架或跟刀架

（ 1）使用中心架支承车细长轴。中心架直接支承在工件中间 当工件可以分段车削时， 中心架支承在工件中间， 这样支承， L/d 值减少了一半， 细长轴车削时的刚性可增加好几倍。 在工件装上中心架之前，必须在毛坯中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽， 表面粗糙度及 圆柱度误差要小，否则会影响工件的精度。 车削时， 中心架的支承爪与工件接触处应经常加 润滑油。 为了使支承爪与工件保持良好的接触，也可以在中心架支承爪与工件之间加一层砂 布或研磨剂，进行研磨抱合。

（ 2）用过渡套筒支承车细长轴。用上述方法车削支承承中心架的沟槽是比较困难的。 为了解决这个问题，可加用过渡套筒的处表面接触。过渡套筒的两端各装有四个螺钉， 用这 些螺钉夹住毛坯工件，并调整套筒外圆的轴线与主轴旋转轴线相重合，即可车削。

（ 3）使用跟刀架支承车细长轴。跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承爪，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。 跟刀架的设计原理来看，只需两只支承爪就可以了， 因车刀给工件 的切削抗力， 使工件贴住在跟刀架的两个支承爪上。但是实际使用时， 工件本身有一个向下 重力，以及工件不可避免的弯曲，因此，当车削时，工件往往因离心力瞬时离开支承爪、接 触支承爪而产生振动。 如果采用三只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， 车削时稳定， 不易产生振动。 因此车细找轴时一个非常关键的问题是要应 用三个爪跟刀架。

2、减少工件的热变形伸长

车削时，由于切削热的影响，使工件随温度升高而逐渐伸长变形，这就叫“热变形” 。 在车削一般轴类时可不考虑热变形伸长问题，但是车削细长轴时，因为工件长， 总伸长量长， 所以一定要考虑到热变形的影响。由于工件一端夹住，一端顶住，工件无法伸长，因此只能 本身产生弯曲。 细长轴一旦产生弯曲后， 车削就很难进行。 减少工件的热变形主要可采取以 下措施：

（ 1）使用弹性回转顶尖。用弹性回转顶尖加工细长轴，可有较地补偿工件的热变形伸 长，工件不易弯曲，车削可顺利进行。

(2) 加注充分的切削液。车削细长轴时，不论是低速切削还是高速切削，为了减少工件 的温升而引起热变形，必须加注切液充分冷却, 使用切削液还可以防止跟刀架支承爪拉毛工 件，提高刀具的使用寿命和工件的加工质量。

(3) 刀具保持锐利。以减少车刀与工件的摩擦发热。 3、合理选择车刀几何形状 刀具几何参数的合理选择，常常是实现稳定切削简便而行之有效的方法。

（ 1）前角 r0 。前角 r0 对振动的影响，随着前角的增大，振动随之下降，但在切前速 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， 故此在粗 加工中取 r0=20°，精车时取 r0=25°。

（ 2）主偏角 Kr。主偏角 Kr 对振动强度的影响，当切削深度和进给量不变时，随着主 偏角的增大， 振幅将逐渐减小，这是因为径向切削力减小了，同时实际切削宽度 aw 将减小。 在粗车削细长轴时取 Kr=75 ～80°，精车时取 Kr=85 ～90°的刀具进行切削，可避免或减小 振动。

（ 3）后角 a0。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，使振动有明显的减弱， 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 rs 。刀尖圆弧半径 rs 增大时，径向分量力随之增大，为避免自振 rs 越小越好。但随 rs 的减小，将会使刀具寿命降低，同时也不利于表面粗糙度的改善。故 加工时，断屑槽宽度取 R1.5 ～3,刀尖圆弧 r=0.5 。

4、合理选择切削用量

切削用量选择的是否合理， 对切削过程中产生的切削力的大小、 切削热的多少是不同的。 因此对车削细长轴时引起的变形也是不同的。

（ 1）切削深度 (t) 。在工艺系统刚度确定的前提下，随着切削深度的增大， 车削时产生 的切削力、切削热随之增大，引起细长轴的受力、受热变形也增大。因此在车削细长轴时， 应尽量减少切削深度。

（ 2）进给量 (f) 。进给量增大会使切削厚度增加， 切削力增大。但切削力不是按正比增 大，因此细长轴的受力变形系数有所下降 . 如果从提高切削效率的角度来看，增大进给量比 增大切削深度有利。 随着数控技术的不断创新和突破，五轴加工被越来越多的行业所采用， 如航空航天、电力、船舶、高精密仪器、模具制造等。然而，自动编程软件在五轴加工技术 中起关键性作用， 因为刀具轨迹的工艺排布、刀具夹头与工件或与工装夹具之间的干涉检查、 毛坯残留量的识别，都由软件自动考虑， 编程人员是无法通过计算来实现的， 他们只是根据 经验进行切削参数的优化，来得到更合理更有效的加工轨迹。

（ 3）切削速度(v) 。提高切削速度有利于降低切削力。 这是因为， 随着切削速度的增大， 切削温度提高， 刀具与工件之间的摩擦力减小， 细长轴的受力变形减小。但切削速度过高容 易使细长轴在离心力作用下出现弯曲， 破坏切削过程的平稳性， 所以切削速度应控制在一定 范围。对长径比较大的工件，切削速度要适当降低。

三、结论

细长轴的车削加工是机械加工中比较常见的一种加工方式。 由于细长轴刚性差，车削时 产生的受力、 受热变形较大， 很难保证细长轴的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式和 先进的加工方法， 选择合理的刀具角度和切削用量等措施， 可以保证细长轴的加工质量要求。

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