细长轴概念

工件的长度L与直径d之比大于25（即长颈比L/d>25）的轴类工件称为细长轴。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，难以保证加工精度，甚至无法加工。虽然细长轴的加工难度大，但却有加工普通工件的共性（如：切削方式、工件安装、车削的选择和装夹等方面）；选择加工各种高品质轴类零件认准钛浩机械，专业品质保障！因为专业，所以卓越！本文论述了在细长轴车削加工过程中的一些难点和解决方法：抓住车削共性，再结合细长轴的个性，解决刚度、热变形伸长及合理选择车刀的几何参数等三个关键技术，细长轴的车削也就顺心应手了。

一、细长轴车削过程中遇到的问题

工件的长度L与直径d之比大于25（即长颈比L/d>25）的轴类工件称为细长轴。细长轴刚性差，使用机床、刀具、夹具、工件的工艺系统刚性不足，切削中易产生振动变形，造成加工困难。在加工过程中，所遇到的主要问题是：

1、工件受切削抗力而产生振动和出现弯曲变形，使几何精度和表光洁度降低。

2、在切削过程中工件吸收的切削热，会导致工件产生较大的轴向线膨胀，加剧弯曲变形，增加振动，甚至使工件挤死在两顶尖之间，造成无法加工。

3、长颈比愈大，自重力愈大，工件在高转速下，产生的离心力也愈大，上下跳动也就严重影响加工质量。

4、刀具的几何角度、切削用量和加工工艺方法等选择不当，会使切削力加大，变形和振动加剧。

5、工件弯曲和振动，使车削加工必须采用较低的转速和切削深度，限制了生产效率的提高。

6、工件在径向切削力作用下，车削已加工的工件外形容易形成两端小、中间大，还易出“扎刀”现象。

7、机床调整不当，易产生锥形误差；夹具调整不当，易造成弯曲和产生“竹节形”、“菱形”等。

二、解决问题的措施

在生产实际中，为了确保细长轴的加工精度和表面质量，提高生产效率，我们采取了以下措施：

1、为了弥补细长轴的刚性不足，在车削中，应采用跟刀架，以提高工件的刚性，减少变形。

2、注意具体操作方法，有较严格的工艺要求和措施，以保证整个工艺系统的刚性，让工件获得必要的几何精度和表面光洁度。

3、采用由左至右反方向车削；减小内应力和弯曲变形，保证直线度及尺寸精度，加工效率高，适应性强。

4、合理选用切削用量，以及刀具几何角度及参数。

三、反方向走刀法车削细长轴

1、加工几何精度及表面质量要求高。采用常规加工方法都是主轴和尾座间装夹工件，两端无伸缩性，工件在切削力和热膨胀的影响下，产生内应力和弯曲变形，不易保证直线度及尺寸精度。而反方向走刀法是克服上述现象的一种方法，适于中速粗车和大走刀低速精车，并具有适应性强，对机床精度要求不高，加工效率较高等特点。

2、加工原理：反方向车削，就是从车床主轴朝尾座方向进给，车削中将工件夹紧在三爪自定心卡盘上，使被夹紧一端成为不可纵向窜动的固定点。这时，切削中产生的纵向切削沿工件轴线趋向尾座方向，由于轴向力的作用拉紧了工件，增加了工件的实际刚度，不致于出现弯曲（弓形）变形。同时，反方向车削走刀时，采用较大的进给量，这样就增大了纵向切削力，减轻径向圆跳动及减少和消除大幅度振动，保证了被加工表面质量。

3、工艺特点：

（1）改变常规加工方法装夹工件的方式，将面接触改为线接触，减少了应力变形。

（2）尾顶尖改用有伸缩性的弹簧顶尖，消除了工件由于热伸长所造成的强迫弯曲。

（3）使用三爪跟刀架，能更好地保证向心平行运动，防止细长轴车削中发颤。（注意：加工前先将跟刀架松开，然后开车吃刀。迅速将跟刀架跟上，接触跟刀架时不退刀不停车，并且跟刀架支柱爪与轴表面的调整力度要适当，以不将轴件顶变形为适合，防止过松或过紧，跟刀架支柱爪与轴表面的接触要严密，轴、爪时润滑配合，这样切削下去，可避免细长轴形成竹节形。）

（4）由车头向尾座方向走刀切削，轴向切削力拉直工件已切削部分并推进工件待加工部分向尾座方向移动。

（5）粗车后在半精车和精车前，应对轴件再进行一次校正，将粗车中产生的顶尖孔误差和位移误差校正过来，消除内应力。

四、刀具的选择和使用

由于细长轴刚性不足，要求径向切削力越小越好。因此，对刀具要求刀刃锋利，切削轻快，排屑顺利，耐用度高。原则是在不影响刀具强度的前题下，尽量加大前角和主偏角。常用主偏角φ=75°～90°，前角γ=28°～30°。硬质合金刀片为yT15，刀杆为45优质碳素刚。主偏角φ=75°。其主切削刃前角γ=25°，棱前角也是25°，倒棱0.4～0.8mm，由于有倒棱和R4mm断屑槽的作用，所以有很好的断屑性能。同时，由于刀尖角度的增大，增加了刀尖强度和散热条件。车刀主后角α=8°，倒棱0.1～0.3mm，棱后角为-12°，这样，就增加了车刀后隙面支持在工件上的接触面积，防止了由于工件材料内部组织不均匀而产生的啃刀现象，并可消除低频率振动。

1、精车刀。刀具结构采用弹性刀杆，起到消振作用，改善切削条件，硬质合金刀片采用YT15，装刀时要使刀尖低于轴件中心0.1mm。刀刃较宽，修光刀刃8～10mm。

可保持车刀与轴件有一定的接触面积，刀刃顶着轴件进行车削，可防止车削力变化时引起啃刀的疵病。主偏角很小，以形成薄的变形小的切削，有利于提高被加工表面光洁度，前角γ=30°，使切削轻快。

五、选择合理的切削用量

反向车削细长轴中，对切削用量有特殊要求。要求取最大的进给量f，以增加工件轴向拉应力，防止工件大幅度振动。但切削用量的选择受到加工表面几何形状误差的限制，通常选择的次序为：先取最大的进给量，其次取最大被吃刀量ap，最后取最大的切削速度v。实践证明，当工件长度与直径之比为40～120时，若v=40m/min，f最好取0.35～0.5mm/r；若v=45～100m/min，f取0.6～1.2mm/r为宜。在实际操作中切削用量选择：粗车时，切削速度为50～60m/min，进给量为0.3～0.4mm/r，切削深度为1.5～2mm；精车时，切削速度为60～100m/min，进给量为0.08～0.12mm/r，切削深度为0.5～1mm。

六、车细长轴的装夹方法

（一）由于细长轴本身刚性差（L/d值愈大，刚性愈差），在车削过程中会出现以下问题：

1、工件受切削力，自重和旋转时离心力的作用，会产生弯曲，振动，严重影响其圆柱和表面粗糙度。

2、在切削过程中，工件受热伸长产生弯曲变形 ；车削就很难进行，严重时会使工件在顶尖间卡珠。因此，在车削细长轴是一种难度较大的加工工艺。虽然在车削细长轴的难度较大，但它也有一定的规律性，主要抓住中心架、跟刀架的使用，解决工件热变形伸长以及合理选择车刀几何形状等三各关键技术，问题就迎刃而解了。

（二）使用中心架支承车细长轴。

在车削细长轴时，可使用中心架来增加工件刚性。一般在车削细长轴使用的方法有：

1、中心架直接来支承工件中间 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。选择加工各种高品质轴类零件认准钛浩，专业品质保障！车削时，中心架支承在工件中间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，可加用过渡套筒的表面接触。过渡套筒的两端各装有四个螺钉，用这些螺钉套筒外圆的轴线与主轴旋转线重合，即可车削。

3、使用跟刀架支承车削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。从而提高细长的型状精度和减小表面粗糙度。从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Fr，使工件贴住在跟刀架的两各支承爪上。但实际使用时，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。因此车削细长轴时一个非常关键的问题是要应用三爪跟刀架。

4、车削时，由于切削热的影响，使工件随温度而逐渐伸长变形，这就叫“热变，在车削一般轴类可不考虑热变形伸长的问题，但是车削细长轴时，因为工件伸长量长，所以一定要考虑热变形的影响。工件热变形伸长量可按下式计算。

ΔL=aLΔt

式种a-材料线膨胀系数。1/℃

L-工件的总长，mm;

Δt-工件升高的温度，℃

常用材料的线膨胀系数，可查阅有关附录表。

例：车削直径为25mm，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℃，求这根细长轴的热变形伸长量。

解：以知L=1200mm;Δt=61℃-21℃=40℃;查表知，45钢的线膨胀系数a=11.95×10-6 1/℃

根据公式（9.5）的：

ΔL=aLΔt=11.59×10-6×1200×40=0.556㎜

从上式公式计算可知，细长轴热变形伸长量式是很大的。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，可由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，不论是低速切削还时高速切削，为了减少工件的温度升高而引起的热形变，必须加注切削液充分冷却。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。

七、切削液的选用：

1、粗车时，为了减少跟刀架与工件外圆的摩擦，减少温度升高，在车削过程中应采用柴油加入10%机油的混合液进行润滑和冷却。

2、精车时，为了提高表面粗糙度Ra，使切削轻快，使用豆油40%，机油30%，柴油30%混合液或植物油进行充分的润滑冷却。从而保证尺寸精度的控制，车削出合格的工件。

八、结束语

综上所述，加工细长轴是一种难度较大的加工工艺，但通过采用上述一系列方法，从工件装夹支撑，到采用合理选择车刀几何形状等关键技术，解决了工件的表面质量和热变形伸长，保证了机床——刀具——夹具——工件的工艺系统刚性。选择加工各种高品质轴类零件认准钛浩机械，专业品质保障！因为专业，所以卓越！我们在细长轴的加工过程中，有针对性的采用了在本文中论述的一些措施，对保证加工质量，进行高速车削，提高生产效率，取得了比较满意的效果。在工作中我们还会遇到问题和困难，不过只要我们应用自己的知识、技术经验和科学发展观的思想指导工作思路，不断创新，就可以克服一切困难。

在轴加工上，对细长轴这一种轴，其在加工上的注意事项或需注意的方面，如果进行概括总结的话，那么，主要是有以下这几个，是为：

一：要注意工件的装夹方法

一般来讲，在进行轴加工的粗加工时，由于其切削余量是很大的，所以，工件受到的切削力，也是很大的。所以，在工件装夹上，采用卡顶法，以及其尾座顶尖采用弹性顶尖，那么，是可以让工件在轴向上自由伸长。而在高速和大量切削时，是不适用的，所以，应采用卡拉法，来避免出现各种问题。选择加工各种高品质轴类零件认准钛浩机械，专业品质保障！

二：采用合适的跟刀架

由于，跟刀架是细长轴加工中的重要附件，所以，要使用合适的跟刀架，来抵消加工时径向切削分力的影响，从而来减少切削振动和工件变形。但是，需要注意的是，跟刀架的中心，应比机床顶尖中心保持一致，这样才行。

三：如有必要，可以采用反向进给

在轴加工中，对细长轴的车削，常常是将车刀进行进给运动，这样来式工件产生轴向伸长的趋势。不过，如果采用卡拉工具，并进行反向进给的话，那么，是可以避免细长轴出现弯曲变形这一问题的。而且，在车刀上，对于粗加工和精加工，是有不同要求的，所以，应使用不同车刀，这样才行。

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，难以保证加工精度，甚至无法加工。虽然细长轴的加工难度大，但却有加工普通工件的共性（如：切削方式、工件安装、车削的选择和装夹等方面）；

钛浩机械奉行以质量赢得用户，以服务占领市场，诚信为本，始终坚持以客户为中心，为用户提供符合国家标准、德国标准、美国标准、日本标准等不同标准的各类机床附件，以满足客户的不同需求。公司已通过ISO9001:2000国际质量管理体系认证。济宁钛浩机械有限公司的诚信、实力和产品质量已广泛获得业界的认可。欢迎各界朋友莅临参观、指导和业务洽谈！