15年专注于精密细长轴制造

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，但只要抓住中心架和跟刀架的使用、解决工件热变形伸长以及合理选择车刀的几何参数三个关键技术，问题就迎刃而解。

一 细长轴的结构、工艺特点分析

1.定义

一般把长度与直径之比大于20的轴类零件，称为细长轴。

2.结构及工艺特点

刚性差

细长轴车削过程中在切削力、自身重力和离心力的作用下，极易产生弯曲和振动，影响工件的加工精度和表面粗糙度。为提高工件刚性，加工中常采用中心架或跟刀架；为减小加工时的振动，车削时一般采用较低的转速。

易产生热变形

车削细长轴时，工件常用两顶尖或一端用卡盘一端用顶尖装夹。由于每次走刀时间较长，大部分切削热传入工件，导致工件热伸长而产生弯曲变形。其热变形伸长量可按下式计算：

DL=aLLDt

式中：DL—— 工件热变形伸长量(mm)；

      aL——材料的线膨胀系数(1/℃)

如车削直径为Ø25mm，长度为1200mm的细长轴，材料为45钢，车削时因受切削热的影响，使工件由原来的21℃上升到61℃。查得aL=11.59×10-6/℃，由上面公式可知这根细长轴的热变形伸长量为：

DL=aLLDt=11.59×10-6×1200×40≈0.556mm

可看出细长轴热变形伸长量是很大的，必须采取措施减少工件的热变形。

易产生加工误差车削细长轴时，由于中心架、跟刀架的使用，带来了机床、刀具、辅助工夹具、工件之间的配合、调整困难，也增大了系统共振的因素，易造成工件竹节形、棱圆形误差，影响加工精度。

二 提高细长轴刚度的措施

1.中心架支撑车削细长轴

当细长轴可以分段车削时，中心架的架体通过压板支撑在工件中间，如图1所示。这时，L/d的值减少了一半，车削时工件的刚度可增加许多倍。在工件装上中心架之前，必须在毛坯中部车出一段支撑中心架支撑爪的沟槽。

调整中心架时，必须先通过调整螺钉调整好下面两个支撑爪，再用紧定螺钉紧固，然后把上盖盖好固定，最后调整上面的一个支撑爪，并用紧定螺钉紧固。

2.过渡套筒支撑车削细长轴

使用过渡套筒支撑车削细长轴，如图2所示，其中心架与过渡套筒的外表面接触。过渡套筒的两端各装有3个调整螺钉，用这些螺钉夹住毛坯工件，并调整套筒外圆的轴线与车床主轴轴线重合，即可车削。

3.跟刀架支撑车削细长轴

使用跟刀架支撑车细长轴时，跟刀架固定在床鞍上，跟在车刀的后面，随车刀的进给移动，抵消背向力，并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并减少表面粗糙度。

实际使用时，工件本身有一个向下的重力以及工件不可避免的弯曲，车削时工件往往因离心力的作用瞬时离开支撑爪，又瞬时接触支撑爪而产生振动。所以采用3个支撑爪的跟刀架支撑工件，一面由车刀抵住，使工件上下、左右都不能移动，车削时非常稳定，不易产生振动。

 

三 减少细长轴热变形的措施

1.使用弹性回转顶尖

弹性回转顶尖的结构如图4所示。顶尖用圆柱滚子轴承、滚针轴承承受背向力，推力球轴承承受进给力。在短圆柱滚子轴承和推力球轴承之间，放置若干片碟形弹簧。当工件热变形伸长时，工件推动顶尖通过圆柱滚子轴承，使碟形弹簧压缩变形。生产实践证明，用弹性回转顶尖加工细长轴，可有效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.浮动夹紧和反向进给车削

细长轴采用一夹一顶装夹方式，其卡爪夹持的部分不宜过长，一般为15mm左右，最好用Ø3mm×200mm的钢丝垫在卡爪的凹槽中。这样细长轴左端的夹持就形成线接触的浮动状态，使细长轴在卡盘内能自由调节，切削过程中热变形伸长的细长轴，不会因卡盘夹死而产生弯曲变形。采用反向进给时，进给力Ff拉直工件已切削部分，并推进工件待切削部分由右端的弹性回转顶尖支撑并补偿，细长轴不易产生弯曲变形。

3.加注充分的切削液

车削细长轴时，无论是低速切削，还是高速切削，加注充分的切削液能有效地降低切削区域的温度，从而减小工件的热变形伸长，延长车刀的使用寿命。

4.保持刀具锋利

要求刀面粗糙度Ra≤0.4μm，并保持切削刃锋利，以减少车刀与工件之间的摩擦发热。

四 合理选择车刀几何参数

1.主偏角的选择

车刀的主偏角是影响背向力的主要因素，在不影响刀具强度的前提下，应尽量增大车刀主偏角，以减少背向力，从而减少细长轴的弯曲变形。一般细长轴车刀的主偏角选80°～93°。

2.前角的选择

为了减少切削力和切削热，应选择较大的前角，以使刀具锋利，切削轻快，一般取15°～30°。

3.刃倾角的选择

选择正值刃倾角，通常取+3°～+10°，使切屑流向待加工表面。此外，车刀也容易切入工件。

4.其它几何参数的选择

前面应磨有R1.5～3mm的圆弧形断屑槽，使切屑顺利卷曲折断。为了减少背向力，应选择较小的刀尖圆弧半径(re<0.3mm)。倒棱的宽度也应选得较小，一般选取倒棱宽度br1=0.5f。

五 结论

经过以上对细长轴车削中关键技术的分析讨论，可得出以下几点结论：

1.由于细长轴刚性差、易产生热变形和刚性误差，所以使用中心架支撑在工件中间，工件的刚性可提高好几倍。中心架装上后，应逐个调整中心架的三个支撑爪，使三个支撑爪对工件支撑的松紧程度适当，并经常加润滑油，以减少磨损。

2.对不允许有接刀痕迹的细长轴，可采用跟刀架车削。跟刀架调整时，应先调整后支撑爪，再调整下支撑爪和上支撑爪，使其轻轻接触工件。

3.对于细长轴车削，由于工件的特点，会产生较大的热变形量，可以通过使用弹性回转顶尖、浮动夹紧和反向进给车削等措施来减少其影响。

4.合理选择车刀几何参数，减少切削力和切削热。

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