細長軸加工工藝設計
2016-9-13 來源：山東常林機械集團股份有限公司 作者：顏春峰 張學春
摘要：在車床車削加工細長軸時，應采取適當合理的加工方法來保證零件的加工精度、零件的使用性能，以便達到圖紙的設計要求。
關鍵詞：細長軸兩爪跟刀架螺紋回轉頂尖
長度與直徑之比大于25 倍的軸稱為細長軸。隨著機械行業的發展，在機械機構中細長軸的應用越來越廣泛，但其長徑比較大，在加工過程中具有一定的難度，在車削過程中會出現以下問題：
（1）工件受切削力、自重和旋轉時離心力的作用，會產生彎曲、振動、嚴重影響其圓柱度和表面粗糙度。
（2）在切削過程中，工件受熱伸長產生彎曲變形，車削就很難進行，嚴重時會使工件在頂尖間卡住。
在日常工作中，由于沒有專用設備或專用工裝夾具來此類細長軸的工件進行加工制作，所以只能用普通車床車削加工。
圖1 細長軸零件示意圖
圖1 是材料為45# 鋼的一種細長軸零件圖。零件直徑φ6.3mm,總長480mm（包含工藝部分），長徑比達70,其外圓的尺寸精度、形位公差、及表面粗糙度的要求較高，在切削中容易彎曲、變形、振動、出現錐度的發生。
1、傳統加工方案
圖2
1.1 技術方案
（1）傳統的加工工藝我們采取一夾一頂(如圖2 所示)，利用三爪跟刀架加工，這種加工方法加工起來工件的表面粗糙度太高，有時有積屑瘤，已加工面容易被切屑拉毛，切削時易產生振動。
（2）用兩頂尖夾裝細長軸，能保證工件同軸度,但剛性差，易產生振動；精度不容易控制，經常會出現大小頭，很難達到圖紙要求。
1.2 原因分析
上述兩種加工方法單向受力、剛性差、工件易產生振動、刀具安裝不合理、切削方向正常走刀、不易加工細長軸。
1.3 采取方法
可以使用兩爪跟刀架把外來切削力抵消掉或者合理安裝刀具，使刀具更加合理，改變切削方向也可以消除一部分外力引起的變形振動。
2、實施方法
采用螺紋回轉頂尖如圖（3）所示，拉制切削反向走刀，兩爪跟刀架通過反復試制切削，同樣能加工出合格的產品，以便提高工作效率。
1.三爪自定心卡盤；2.兩爪跟刀架；3.刀具；4.工件；5.螺帽；6.螺紋回轉頂尖
圖3
在車削時用螺紋回轉頂尖拉緊工件反向走刀，用此方法加工細長軸類工件，能解決加工過程中由于切削熱而產生的線膨脹和徑向切削力。
（1）由原來的一夾一頂，回轉頂件尖通過增加5、6（如圖3 所示），在加工過程中螺紋回轉頂尖拉緊工件，調整后將螺母背緊，使工件受一個軸向力和切削力PX 方向一致的拉力，使工件繃緊不致被甩彎。
通過采用一夾一拉的方式，使工件始終處于拉緊狀態，解決了切削時產生的變形問題。
（2）跟刀架。在切削細長軸時，使用跟刀架是必要的，所以如何使用好跟刀架也很關鍵。兩爪跟刀架其兩爪軸線夾角大于90°，約為100°，而三爪跟刀架的三爪軸線的夾角均為90°。在正常的切削過程中通過我的實踐經驗認為，使用三爪跟刀架沒有必要，使用好兩爪跟刀架，同樣能夠車削出合格的細長軸。車削時每次走刀前要在靠近卡盤一端車出跟刀架位置，這一段直徑要與跟刀架的架子爪互研。
（3）仔細要調整好機床，要使尾座與主軸軸線同軸，溜板間隙調整恰當等。
（4）車削時刀具要保持銳利、分粗精車進行，加注充分的冷卻液。
（5）刀具（如圖4）。刀具材料選用YW1 硬質合金刀頭，或YT15，主偏角為75~93。粗車刀的幾何參數為：前角25~35°，后角8°，主偏角75~93°，副偏角45°，刃傾角取正值，rε=0.1~0.2mm,R=2~3mm 。精車用寬刃精車刀，刃口磨削要平整，刀具安裝中心對準主軸旋轉中心。
圖4
3、工序內容
（1）下料φ10×480mm，45# 鋼。
（2）熱處理、校直，全長直線度≤0.5 mm。
（3）一端用板牙套M10×1.5×10 的螺蚊（加工時工藝螺紋）。
（4）三爪自定心卡盤裝夾，一夾一拉裝夾工件，反向進給粗車外圓φ6.3mm,留余量1.5mm。
（5）測量工件兩端直徑之差≤0.02mm，若不符合要求，應調整尾座予以保證。仍以反向進行精車φ6.3 外圓，留余量0.2mm,并再次檢查圓柱度誤差，從而達到符合圖紙要求。
（6）反向進給以低速走刀，三爪自定心卡盤裝夾精車到φ6.3 外圓達到圖紙要求,表面粗糙度為Ra1.6。
（7） 卡盤裝夾車去兩端工藝部分, 保證總長430+0.200mm符合圖紙要求。
（8）去除毛刺并全檢。
4、注意事項
（1）在切削前，必須首先把卡爪研好，卡爪上弧面直徑不能小于加工零件每次走刀時的直徑，調整架子爪時，兩個爪的力量均勻，不能過大，并使兩弧面形成與工件的同心圓。
（2）粗車時，刀尖要高于工件圓心0.1mm 左右,精車時刀尖應等于工件的中心。
（3）切削液采用高濃度浮化液即可，要連續澆注，以便更好的降低切削熱。
（4） 機床的轉速應選擇250~400r/min，進給量取0.1~0.15mm/r。
5、特點
（1）易加工，提高了表面精度，積屑瘤及切削拉毛、振動等現象得以消失。
（2）工件的幾何精度得到了控制，大小頭、直線度、同軸度等通過調整也得到了很好的控制。
6、結論
通過以上細長軸加工工藝方法，不但解決了細長軸的加工難題，而且有效的提高了生產效率。
參考文獻
[1] 車工技師培訓教材.機械工業出版社，2005.8.
[2] 車工工藝學.機械工業出版社，1996.8.
[3] 高級車工工藝學.機械工業出版社，2002.5
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