如何提高細(xì)長(zhǎng)軸的加工的精度

1、如何提高細(xì)長(zhǎng)軸車削的精度羅田 何新山【內(nèi)容提要】細(xì)長(zhǎng)軸在機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，雖然它的外形并不復(fù)雜，但由于其身剛度低（長(zhǎng)徑比越大，剛度越低），車削時(shí)受切削刀、重力、切削熱等因素的影響，容易發(fā)生彎曲變形，產(chǎn)生振動(dòng)、錐度、腰鼓形和竹節(jié)形等缺陷，難以保證加工精度和達(dá)到使用的性能，從而使細(xì)長(zhǎng)軸的車削成為難度較大的加工工藝。本文對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸的定義、車削精度的提高、車削需注意的問題及預(yù)防措施四個(gè)方面提出了個(gè)人的看法，以供讀者參考?！娟P(guān)鍵詞】 細(xì)長(zhǎng)軸 車削精度 提高一、細(xì)長(zhǎng)軸的定義通常將工件長(zhǎng)度L與直徑D之比，（即長(zhǎng)徑比）大于25（L/d>25）的軸類零件稱為細(xì)長(zhǎng)軸。二、車削精度的提高針對(duì)加工的實(shí)際，要

2、提高細(xì)長(zhǎng)軸車削的精度，可以從一下四個(gè)方面進(jìn)行：1、用中心架支撐車細(xì)長(zhǎng)軸中心架是車床的附件，在車剛度低的細(xì)長(zhǎng)軸，或是不能穿過車床主軸孔的粗長(zhǎng)工件以及孔與外圓同軸度要求較高的較長(zhǎng)工件時(shí)，往往采用中心架來增強(qiáng)剛度、保證同軸度。工作時(shí)架體通過壓板和螺母緊固在床身上，上蓋和架體用圓柱銷作活動(dòng)連接，為了便于裝卸工件，上蓋可以打開或扣合，并用螺釘鎖定，三個(gè)支撐爪的升降分別用三個(gè)調(diào)整螺釘來調(diào)整，以適應(yīng)不同直徑的工件，并分別用三個(gè)堅(jiān)固螺釘鎖定。中心架的支撐爪是易損件，磨損后可以更換，其材料應(yīng)選用耐磨性好、不易研傷工件的材料，通常采用青銅，球墨鑄鐵、膠木、尼龍1010等材料。1） 裝夾工件的方法使用中心架支撐車細(xì)

3、長(zhǎng)軸的關(guān)鍵是使中心架與工件表面接觸的三個(gè)支撐爪所決定的圓，其圓心必須在車床主軸的回轉(zhuǎn)軸線上。車削時(shí)，工件一般采用兩頂尖裝夾或一夾一頂方式裝夾：n 兩頂尖裝夾工件先在工件中部中心架支撐部位用低速、小進(jìn)給量的切削方法車出一段溝槽，溝槽直徑應(yīng)略大于該處工件要求的尺寸，溝槽寬度應(yīng)寬于支撐爪，溝槽應(yīng)有較小的表面粗糙度值（RA值為1.6m）和較高的形狀精度（圓度誤差小于0.05mm），然后裝上中心架，在開車時(shí)按ABC的順序調(diào)整中心架的三個(gè)支撐爪，使它們與溝槽的槽底圓柱表面輕輕接觸。車削完一端后，將工件調(diào)頭裝夾，用中心架的三個(gè)支撐爪輕輕支撐已加工表面，再車另一端至尺寸要求。用中心架支撐車細(xì)長(zhǎng)軸適用于工件加工

4、精度要求不高，可以采用分段車削中調(diào)頭車削的場(chǎng)合。對(duì)于外徑不規(guī)則的工件（如中心架支撐部位有鍵槽或花鍵等）或毛坯，可以采用中心架配心過渡套筒的支撐工件的方式車削細(xì)長(zhǎng)軸。過渡套筒如圖所示，其內(nèi)孔經(jīng)被加工工件外徑大20mm左右，外徑的圓度應(yīng)在0.02mm以內(nèi)，過渡套筒兩端各裝有34個(gè)調(diào)整螺釘，用于夾持毛坯工件和調(diào)整。使用時(shí)，調(diào)整這些螺釘，并用百分表校正，使過渡套筒外圓筒外圓輕輕接觸，并能使工件均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，即可車削，如圖所示。用百分表校正過渡套筒 用中心架過度套筒支撐車細(xì)長(zhǎng)軸1工件 2過渡套筒 3百分表 4調(diào)整螺釘車削一端后，撤去過渡套筒，調(diào)頭裝夾工件，調(diào)整中心架支撐爪與已加工表面接觸，再車另一端。n 一

5、夾一頂裝夾當(dāng)工件一端用卡盤夾緊，另一端用中心支撐時(shí)，工件在中心架上裝夾的校正有以下三種形式：1） 工件經(jīng)一夾一頂半精車外圓后，若須車端面，車孔或精車外圓時(shí)，由于經(jīng)半精車的外圓為基準(zhǔn)，依次調(diào)整中心架的三個(gè)支撐爪與工件接觸處加注潤滑油，移去尾座，校正完成，即可車削。2） 外圓已加工、不太長(zhǎng)的工件，可以一端夾持在卡盤上，另一端用中心架支撐。在校正開始時(shí)，先用手轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤，用劃針或（和）百分表校正工件兩端外圓，然后依次調(diào)整中心架的三個(gè)支撐爪，使之與工件外圓輕輕接觸。3） 外圓已加工、工件較長(zhǎng)時(shí)，可以將工件一端夾持在卡盤上，另一端用中心架支撐。先在靠近卡盤處將工件外圓校正，然后援床鞍、中滑板用劃針或百分表

6、在工件兩端作對(duì)比測(cè)量（當(dāng)工件兩端被測(cè)處直徑相同），或用游標(biāo)高度尺測(cè)量?jī)啥藢?shí)際尺寸，然后相應(yīng)的半徑差進(jìn)行比較（當(dāng)工件兩端被測(cè)處直徑不同），并以此來調(diào)整中心架支撐爪使工件兩端高低一致、前后一致，如圖所示。2） 尾座中心位置的校正 兩頂尖裝夾、中間用中心架支撐車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，常出現(xiàn)車出的外圓有錐度，產(chǎn)生錐度的原因除中心架支撐爪調(diào)整不當(dāng)或支撐爪本身的接觸狀態(tài)不良外，尾座的偏移是一個(gè)重要因素，所以必須認(rèn)真校正尾座。尾座校正的方法是在車中心架支撐部位的外圓柱面的同時(shí)，在工件兩端各車一段直徑相同的外圓（應(yīng)留有足夠的余量），用兩塊百分表校正尾座的中心位置，如圖所示。當(dāng)測(cè)得在工件兩端中滑板進(jìn)給量讀數(shù)相同，而百分表在

7、外圓的讀數(shù)不同時(shí)，說明尾座中心偏移，應(yīng)進(jìn)行校正，直到在工件兩端百分表讀數(shù)相同為止。尾座校正后，如果細(xì)長(zhǎng)軸車削中仍發(fā)現(xiàn)錐度，則先檢查是否因車力嚴(yán)重磨損引起，如果不是，則可判定原因是中心架支撐爪將工件支撐偏所致，只需調(diào)整中心架下面兩個(gè)支撐爪即可。2、用跟刀架支撐車細(xì)長(zhǎng)軸跟刀架也是車床的附件，一般固定在車床床鞍上，車削時(shí)跟隨在車刀后面移動(dòng)，承受作業(yè)在工件上的切削力。細(xì)長(zhǎng)軸剛度低，車削較困難，如采用跟刀架來支撐，可以增強(qiáng)其剛度，防止工件彎曲變形，保證細(xì)長(zhǎng)軸的加工質(zhì)量。1）更刀架的結(jié)構(gòu)和選用跟刀架常用的有兩種：兩爪跟刀架和三爪跟刀架，跟刀架的結(jié)構(gòu)如圖所示。支撐爪1、2的徑向移動(dòng)可直接通過旋轉(zhuǎn)手柄4實(shí)現(xiàn)；

8、支撐爪3的徑向移動(dòng)則通過旋轉(zhuǎn)手柄，使錐齒輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)錐齒輪6使絲桿7轉(zhuǎn)到來實(shí)現(xiàn)。跟刀架的支撐爪1、2用來承受工件上切削力F的兩個(gè)分力F1、F2，而重力Q對(duì)工件的作用則由支撐爪3來承受。對(duì)于具有足夠剛度，不致因重力而引起彎曲變形的工件，使用兩爪跟刀架可以滿足加工要求；但剛度低，在重力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形的細(xì)長(zhǎng)軸，為避免車削時(shí)工件受重力作用產(chǎn)生變形而瞬時(shí)離開支撐爪、瞬時(shí)接觸支撐爪，引起振動(dòng)，需選用三爪跟刀架支撐工件，使工件支撐在三個(gè)支撐爪和車刀刀尖之間，上下，左右不能移動(dòng)，使車削穩(wěn)定。2）跟刀架支撐爪的調(diào)整方法：n 在工件的已加工表面上，調(diào)整支撐爪與車刀的相對(duì)支撐位置，一般是使支撐爪位于車刀的

9、后面，兩者軸向距離應(yīng)小于10mm。n 應(yīng)先調(diào)整后支撐爪，調(diào)整時(shí)，應(yīng)綜合運(yùn)用手感、耳聽、目測(cè)等方法控制支撐爪，使它輕微接觸到外圓為止。再集資調(diào)整下支撐爪和上支撐爪，要求各支撐爪都能與軸保持相同的合理間隙，使軸可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。跟刀架支撐爪與工件的接觸壓力應(yīng)調(diào)整適當(dāng)，否則會(huì)影響加工精度，使工件產(chǎn)生竹節(jié)形的形狀誤差，如圖所示。工件在尾座端由后頂尖支撐，剛開始車削時(shí)，工件不易發(fā)生變形，支撐爪壓力調(diào)整不適當(dāng)不會(huì)反映到工件上去，但車削一段距離后，車刀遠(yuǎn)離后頂尖，工件剛度逐漸降低，容易發(fā)生變形。此時(shí)若支撐爪的接觸壓力過小，甚至沒有接觸，則沒有起到增加剛度的作用；若接觸壓力過大，使工件被頂向車刀，切削深度增大，造成

10、車出的直徑偏小。當(dāng)跟刀架支撐爪隨車刀移動(dòng)，支撐到這一段外圓時(shí)，支撐爪與工件表面的接觸壓力突然減小，甚至支撐爪與工件脫離接觸，這時(shí)工件在徑向切削分力的作用下向外偏讓，使切削深度減小，于是車出的直徑偏大。以后當(dāng)支撐爪支撐到這一段直徑偏大的外圓時(shí)，又會(huì)將工件頂向車刀，使車出的直徑偏小。如此周而復(fù)始有規(guī)律地變化，則把細(xì)長(zhǎng)工件車成“竹節(jié)”形。3）支撐爪的修正車削時(shí)，發(fā)現(xiàn)跟刀架支撐爪與工件有的不良接觸狀態(tài)，必須對(duì)支撐爪進(jìn)行修正。修正可在本車床上進(jìn)行，先將跟刀架固定在床鞍上，再將有可調(diào)刀桿的內(nèi)孔車刀裝在卡盤上，調(diào)整支撐爪位置，然后使主軸（車刀）轉(zhuǎn)動(dòng)，用床鞍作縱向進(jìn)給車削支撐面，使三個(gè)支撐面構(gòu)成的圓的直徑基本

11、等于工件支撐軸頸的直徑。 （支撐爪的不良接觸狀態(tài)）3、解決工件熱變形的而伸長(zhǎng)的問題車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，因工件細(xì)長(zhǎng)，熱擴(kuò)散性能差，在傳導(dǎo)給工件的切削熱的作用下，工件受熱伸長(zhǎng)變形產(chǎn)生相當(dāng)大的線膨脹。由于車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)工件一般采用兩端尖裝或一夾一頂裝夾，其軸向位置是固定的，工件的伸長(zhǎng)將導(dǎo)致發(fā)生彎曲，在工件高速回轉(zhuǎn)時(shí)，由工件彎曲而引起的離心力，還將使彎曲進(jìn)一步加劇，使車削無法進(jìn)行。工件的伸長(zhǎng)還可能造成工件在兩頂尖間被卡住的現(xiàn)象。具體減少熱變形的主要措施：n 細(xì)長(zhǎng)軸應(yīng)采取一夾一頂裝夾方式，卡盤夾持的工件部分不宜過長(zhǎng)，一般在15mm左右。最好將鋼絲圈墊在卡盤爪的凹槽中，使與工件成點(diǎn)接觸，工件在卡盤內(nèi)能自由調(diào)節(jié)其位置

12、，避免夾緊變形伸長(zhǎng)，也不會(huì)因卡盤夾死而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。如圖：n 使用彈性回轉(zhuǎn)頂尖來補(bǔ)償工件的熱變形伸長(zhǎng)。n 采用反向進(jìn)給方法車削。反向進(jìn)給就是車削時(shí)床鞍帶動(dòng)車刀由床頭箱向尾座方向運(yùn)動(dòng)。反向進(jìn)給時(shí)工件所受的軸向切削分力使工件受拉（與工件伸長(zhǎng)變形方向一致），由于細(xì)長(zhǎng)軸左端通過鋼絲圈固定在卡盤內(nèi)，右端支撐在彈性回轉(zhuǎn)頂尖上，可以自由伸縮，不易產(chǎn)生彎曲變形，而且還能使工件獲得較高的加工精度和較小的表面粗糙度值。n 充分加注切削液可有效地減少工件所吸收的熱量，減少工件的熱變形伸長(zhǎng)，還可以降低刀尖的溫度和延長(zhǎng)刀具的使用壽命。因此，車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，無論是低速切削，不是高速切削，都必須充分加注切削液。 4、合理選擇車刀

13、幾何形狀車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，由于工件風(fēng)度低，車刀的幾何開關(guān)對(duì)減小作用在工件上的切削力，工件彎曲變形和振動(dòng)，減少切削熱的產(chǎn)生均有明顯的影響，選擇時(shí)主要考慮：1）在不影響刀具有強(qiáng)度的情況下，應(yīng)盡量增大車刀的主偏角，以減小徑向切削侵分力，一般取kr=80°93°。2）取較大的前角，以減小切削力和切削熱，一般取r。=15°30°。3）車刀前面應(yīng)磨有R1.53mm的斷屑槽。4）選擇正刃傾角，使切屑流向待加工表面，一般取=+3°10°。5）為減小徑向切削分力，應(yīng)選擇較小的刀尖圓弧半徑和小的倒棱寬度，一般re<0.3mm，br=0.5f. 此外，選

14、用紅硬性和耐磨性好的刀片材料（如硬質(zhì)合金YT15、YT30、YW1等），并提高刀尖的刃磨質(zhì)量，使切削刃經(jīng)常保持鋒利，表面粗糙度Ra值小于0.4m。以下圖為例進(jìn)行分析：1、零件圖樣分析如下圖：工件為一根光軸，軸徑為（20±0.1）mm、長(zhǎng)1000mm，長(zhǎng)徑比達(dá)50倍，適合用跟刀架支撐車削。直線度誤差不大于0.2mm，表面粗糙度Ra值為3.2m。2、工藝準(zhǔn)備1）校直毛坯，細(xì)長(zhǎng)軸工件的毛坯存在彎曲時(shí)應(yīng)進(jìn)行校直，校直坯料不僅可使車削時(shí)余量均勻，避免或減小加工中的振動(dòng)，而且還可以減小切削后的表面殘余應(yīng)力，避免產(chǎn)生較大的變形。校直后的毛坯，其直線度誤差應(yīng)小于1mm，毛坯校直后還要進(jìn)行時(shí)效處理，以

15、消除內(nèi)應(yīng)力。2）準(zhǔn)備三爪跟刀架并作好檢查、清潔工作，若支撐爪端面磨損嚴(yán)重或弧面太大，應(yīng)取下并根據(jù)支撐基準(zhǔn)面直徑來進(jìn)行修正。3）刃磨好粗、精車用的細(xì)長(zhǎng)外圓車刀。3、加工的步驟1）將毛坯軸穿入車床主軸孔中，右端伸出卡盤約100mm，用三爪自定心卡盤夾緊，然后車端面，鉆中心孔，同時(shí)粗車一段外圓至22mm，長(zhǎng)30mm，用于以后卡盤夾緊時(shí)的定位基準(zhǔn)。用同樣的方法調(diào)頭裝夾，車端面保證總長(zhǎng)1000mm，鉆中心孔。注意：為防止車削時(shí)細(xì)長(zhǎng)的毛坯軸孔中擺動(dòng)而引起彎曲，可用木楔或棉紗等物將毛坯軸左端固定在主軸孔徑無法穿入主軸孔時(shí)，可利用中心架和過渡套簡(jiǎn)，采用一段夾持、一端由架支持的方式裝夾車端面和鉆中心孔。2）在2

16、2mm*30mm的外圓柱面上套以截面直徑為5mm的鋼絲圈，并用三爪自定心卡盤一端的毛胚右端用彈性回轉(zhuǎn)頂尖支撐。在靠近卡盤一端的毛胚外圈上車削跟刀架支撐基準(zhǔn)，其寬度比支撐爪寬度大1520mm,并在其右側(cè)車一圓錐角約為40的圓錐面，以使接刀車削時(shí)切削逐漸增加，不致因切削力宊緣變化而造成讓刀和工件變形，如下圖所示： 車跟刀架基準(zhǔn) 1跟刀架 2工件3）裝跟刀架，以已車削的支撐基準(zhǔn)面為基礎(chǔ)，研磨跟刀架支撐爪的工作表面。研磨時(shí)車床主軸轉(zhuǎn)速選n=300600r/min,床鞍作縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)逐步調(diào)整支撐爪，待其圓弧基本成型時(shí)，再注入機(jī)油精研。研磨好支撐基準(zhǔn)面后，還應(yīng)調(diào)整支撐爪，使它與支撐基準(zhǔn)面輕輕接觸。4

17、）跟刀架支撐爪在刀后面（左側(cè)）13mm處，采用反向進(jìn)給法接刀車全長(zhǎng)外圈，車削時(shí)應(yīng)充分燒注削液，防止支撐爪磨損。5）多次重復(fù)上述2、3、4步驟，直至一夾一頂接刀精車外圓至尺寸要求為止。6）卸下鋼絲圈，調(diào)頭采用一端用三爪自定義心卡盤夾緊，一端用中心架支撐的方法裝夾，半精車、精車22mm*30mm段外圈至規(guī)定尺寸要求。四、車削注意的問題1）為防止車細(xì)長(zhǎng)軸產(chǎn)生錐度，車削前必須調(diào)整尾座中心，使之與車床主軸中心同心同軸。2）車削時(shí)，應(yīng)隨時(shí)注意頂尖的松緊程度，檢查方法是開動(dòng)車床使工件回轉(zhuǎn)，用右手拇指和食指捏住彈性回轉(zhuǎn)頂尖的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，頂尖能停止回轉(zhuǎn)，松開手指后，頂尖能恢復(fù)回轉(zhuǎn)，說明頂尖的松緊程度適當(dāng)。如圖：

18、檢查回轉(zhuǎn)頂尖松緊的方法3)粗車時(shí)應(yīng)選擇好第一次切削深度，必須保證將工件毛胚一次進(jìn)刀車圓，以免影響跟刀架的正常工作。4)車削過程中，應(yīng)隨時(shí)注意支撐爪與工件表面的解除狀態(tài)及支撐爪的磨損情況，并隨時(shí)作出相應(yīng)的調(diào)整。5)車削過程中，應(yīng)隨時(shí)注意工件已加工表面的變化情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)開始產(chǎn)生和出現(xiàn)節(jié)形、腰鼓形等缺陷時(shí)，要及時(shí)分析原因，采取應(yīng)對(duì)措施。若缺陷越來越明顯時(shí)，應(yīng)立即停車。6)車削過程中，應(yīng)始終充分澆注切削液。五、預(yù)防措施車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，容易產(chǎn)生竹節(jié)形和腰鼓形的形狀誤差缺陷。1） 竹節(jié)形產(chǎn)生的原因前面已經(jīng)分析，其預(yù)防措施有：n 正確調(diào)整跟刀架的支撐爪，不可支頂?shù)眠^緊。n 采用接刀車削時(shí)，必須使車刀尖和工件支撐其準(zhǔn)圓柱面略微接觸，接刀時(shí)切削深度應(yīng)加深0.010.02mm，這樣可避免由于工件變大而引起支撐爪的支撐力變得過大。n 粗車市若發(fā)現(xiàn)開始出現(xiàn)竹節(jié)形，可調(diào)整中滑板手柄，相應(yīng)增加適量的切削深度，以減小工件外徑；或稍微調(diào)松跟刀架支撐爪，使支撐適當(dāng)減小，以防止竹節(jié)的繼續(xù)產(chǎn)生。n 調(diào)整好車床床鞍、滑板的相應(yīng)間隙，以消除進(jìn)給時(shí)的讓刀現(xiàn)象。2） 車削后工件兩端直徑小，中間部分直徑大的形狀誤差稱為腰鼓形，產(chǎn)生的原因是由于細(xì)長(zhǎng)軸剛度低，以及跟刀架支撐爪與工件表面接觸不一致（扁高或偏低于工件回轉(zhuǎn)與工件回轉(zhuǎn)中心），支撐爪磨損而產(chǎn)生間隙。在車