提高细长轴加工精度的措施

岳连峰 吴万旭

摘要：细长轴是一种常见的轴类工件，其长径比通常大于25，它是一种结构十分简单的工件但刚性差，车削工艺时又会受车刀切削力、自身重力、切削热等多方因素的影响，导致表面出现锥度、腰鼓形及竹节形等缺陷，难以保证加工精度。基于此，分析车削工艺中影响细长轴加工精度的多种因素，并提高相对应的改进措施。

关键字：机械加工;细长轴;加工精度;改进措施

引言

尽管零件加工已经基本实现自动机械化及自动，但在某些特殊零部件的加工环节中仍然存在一些问题，例如细长轴，虽然其长度和直径比较大、结构件比较简单，但在车削工艺中还有很多需要克服的困难，不断影响着其表面精度。以下就针对细长轴工件在加工过程中经常遇到的状况进行研究分析，从而提高其加工精度。

一、车削加工中影响细长轴加工精度的因素

（一）车削过程中易出现变形和振动

由于细长轴的刚度低，在重力的影响下工件会有一定程度的下垂。车削工艺进程中轴体在离心力和切削力的共同作用下，极有可能发生弯曲变形的情况。在高速旋转车削下哪怕是一丁点的弯曲变形也会产生巨大的振动，细长轴会产生大量的表面误差加工精度大打折扣[1]。

（二）会产生热变形

高速旋转的工件与刀具剧烈摩擦会产生很高的热量，如果任其不管细长轴无法进行散热，能量聚集在一起，工件的膨胀度变大容易发生弯曲，在这种情况下，加之高速离心的配合，进一步加剧了工件的变形。

（三）刀具会磨损

在细长轴的车削工艺中，由于工作行程长，刀具需要连续工作，强烈的摩擦会对刀具造成一定程度的磨损，从而产生一个锥度，这样的工具会加快细长轴的振动频率，严重影响了加工精度。

（四）车床操作人员的技术水平

细长轴的车削加工需要操作人员具有很高的技术加工水平和认真细心的操作，如果在加工的某一环节操作不当，会对工件造成负面影响，例如向细长轴施加了不合理的压力产生竹节形缺陷，因为不匹配的刀具选择导致弹性变形，从而产生径向跳动和波纹现象等加工瑕疵，严重影响细长轴精度甚至导致加工失败出现废品件。

二、提高细长轴零件加工精度的措施

（一）正确使用中心架或跟刀架

车削过程中工件在刀刃切削力的作用下会产生径向弯曲，选用中心架或跟刀架可以很好地抵消切削力，提高车削过程的稳定性。对于细长轴而言，可以直接将中心架安置在其的中间部位，这样做让工件的长径比缩短了二分之一，其刚度以翻倍甚至几倍的趋势增加。但是需要注意一点，那就是使用时要在细长轴毛坯上车出一段沟槽以安置支撑爪，但是这小段沟槽的存在势必会影响加工精度，因此，在面对比较细长的工件时，使用中心架不仅没有办法提高车削的稳定性反而会增加振动频率导致精度大幅度下降。

而对更长更细工件进行加工时，采用跟刀架起支撑作用，可以很好地避免上述问题，跟刀架的形式有很多种，常用的包括两爪和三爪跟刀架。使用两爪跟刀架时，由于其支撑爪只有两个，加工长径比较大的细长轴时，工件在高速旋转中会出现瞬时离开支撑爪的情况并因此产生振动，因此在加工这种工件时最好使用三个支撑爪跟刀架。工件被三个支撑爪固定后，不易发生振动，从而保证车削的稳定性。跟刀架的材质为普通灰铸铁，这种材料具有优良的耐磨性、导热性、润滑性，不伤害工件表面可以及时散热，为加工精度提供有力保障。另外，使用跟刀架时必须保证三爪中心和卡盘、两端顶尖的中心一致，支撑爪要与工件接触良好，不得过紧也不可过松，过紧和过松都会使工件出现表面误差[2]。

（二）减少切削热引起的变形

为了有效地抵消细长轴的热变形拉长，建议在车床两端使用弹性回转顶尖。这种做法在细长轴产生切削热后不易弯曲，减小形变误差;同时要选用合适的刀具，保证刀具的锋利程度，最大程度上减少因频繁摩擦而产生的热量;车削过程中，要加注切削液，这样能够及时冷却车削过程升高的温度，不至于因为高温而导致工件热变形或伸长，还能保护延长刀具寿命，从而提高工艺的精度[3]。

（三）合理地选择切削的用量

在细长轴车削工艺中，应适度减小切削用量;反向车削细长轴时，需要设定特定的切削用量。提前设定切削速度并进行精准把控，类似细长轴这种比较长的工件，其切削速度应该相应降低。为了增加细长轴的轴向拉应力，进给量要设置为最大值，这样可以有效减少工件的抖动。但随着车削不同阶段的工作展开，切削用量的选取也有一定的顺序：先选择比较低的工作转速，配套最大的进给量，然后再增加吃刀数量，最后选择最快的转速和最小的切削深度。具体操作过程中可以参考以下数据：

粗车时，车削转速为450-750r/min，其进给量一般控制在0.3-0.5mm/r，而切削深度通常控制在1.5-3mm范围内;对于半精车，车削转速适当加快，可以设置600-1200r/min，进给量控制在0.2-0.4mm/r，切削深度为1-1.5mm;精车时的车削转速设置为800-1500r/min，进给量为0.15-0.2mm/r，切削深度为0.5-1mm。

（四）刀具的选择

由于细长轴的刚度较低，切削力过大会造成误差甚至无法加工，因此对刀具的要求较高，在保证工艺完整的前提下需要刀具坚韧锋利、耐热耐磨性高。刀刃需要研磨平直，其表面粗糙度达到Ra0.8以上，实际制作中会采用硬质的合金车刀作为刀刃的原材料，优质碳素钢常作为刀杆原材料。刀具的各项数据也有相应的特殊要求，主偏置角度为75°，倒棱在0.4-0.8mm范围内，主切削刃前角和棱角为25°，取车刀主后角为2-3°时车削最轻快[4]。

三、结束语

在機床加工中，车床基本是加工细长轴的唯一方法，但因为细长轴自身刚度低，车削时会在重力、切削力、离心力和产生的切削热等多因素的影响下，产生较大的误差，严重影响细长轴精度甚至出现废品件。只有通过车床中心架和刀架的正确使用，采用合适的刀具和切削用量，使用弹性回转顶尖和加注切削液等措施，对细长轴的加工精度起到积极作用。

参考文献

[1]高喜贤.车工基本技术[M].北京：金盾出版社，1996：31-35.

[2]梁坚.普通车床细长轴加工工艺探讨[J].南方农机，2020，（8）：18-20.

[3]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，（9）：20-25.

[4]韦富基.零件普通车削加工[M].北京：电子工业出版社，2010：80-83.

作者简介：岳连峰（1994.12-），男，满族，辽宁抚顺，本科，助理工程师，沈阳机床（集团）有限责任公司，机械设计，110000。