普通车床加工轴类零件的方法

普通车床加工轴类零件的方法

作者：任芳

来源：《科技创新与应用》2016年第01期

摘 要：最近几年我们国家的经济发展速度不断提升，此时很多的行业和领域也都取得了显著的成就，比如机械加工行业就是一个显著的例子。通过不断地实践我们发现，在开展零件加工工作的时候，我们发现那些较长的轴类零件在处理的时候难度较大，作者具体地阐述了与之相关的原因，分析了对应的加工措施以及刀具等内容。

关键词：细长轴；加工方法；刀具；切削用量

通过不断地实践，我们发现，在开展机床加工工作的时候，那些细长的零件在处理的时候其难度要较之于其他的零件大一些。通过深入地分析可知，这种问题的主要成因有如下的几点，比如其零件太长，没有良好的刚度或是零件变形等。要想确保零件的品质良好，就应该从辅具以及刀具和工艺措施等等几个层面分析。

1 细长轴类零件的加工步骤

1.1 校直

通过校直，我们可以确保车削量一致，此时不需要过多的车削用时，能够防止振

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动。对于毛料来讲，在处理以后能够保证表层的残余力均衡，防止零件有太过明显的形变。

图1所示为常用的锤敲措施，我们在处理的时候最好不用使用压弯措施。因为该措施虽然能够使得毛料在短时间内变直，但在不久之后它就会因为应力未整个消除而变弯，无法完成校直活动。在使用锤敲措施的时候，我们要先将毛料的凹面放到平板之上，然后用锤敲击此面，确保此处的金属扩展，这样就能够实现伸直毛料的目的了。在特殊状态之下，我们还可以使用圆弧形的锤子敲击，确保锤面和材料完全接触，防止毛料面受损。假如毛料的弯折过大的话，我们可以使用热校直措施。如果校直之后，所有的弯折度都不超过0.8mm的话，就算达标了。

图1敲打法 图2工件与支承块接触图

1.2 平端面，打中心孔

将毛坯料穿入机床主轴孔卡紧平端面，打中心孔。此时要注意的是，中间的孔要保证是圆形的，而且不能歪斜，其洁净度以及形态等都要合乎规定。同时还要保证端面平稳，确保毛料的卡爪长度一致，因为一旦伸长不一样的话，就会使得其中心线偏移，最终导致零件的形态改变。

1.3 研磨跟刀架的支承块面

在处理细长轴的时候，我们可以使用刀架和两爪，不过此时要确保支承体和零件的连接顺畅。在选择支承块的时候，最好选择耐磨的铸铁，而且为了确保支承面和零件的

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表层连接顺畅，最好是在处理以前研磨表面。具体来说，要按照如下的步骤操作。先要把毛料放到机床上面，一边使用卡盘夹，另一边使用顶尖。要确保卡紧区域的长度在15-20ram左右。过长或是过短都不可以。按第一刀粗车后的直径进刀，以进给量0.4mm左右走刀，车一小段，然后将跟刀架支承块压紧在这段表面上研磨。在研磨的时候，禁止放入冷却液。利用车过的刀花研磨弧面，直到支承块表面全部研完为止。接下来放置冷却液，同时还要适当研磨，确保表面的光洁度较高。如果支承体的表面和零件的表面是无缝贴合的话，如图2（a）所示，此时其表面就像是轴瓦，可以应对切削力；如果支承面圆弧半径过大，如图2（b），车削时易振动；如果支承面圆弧半径过小，如图2（c），爪面磨损快，会使工件出现棱柱形，椭圆或麻花形。跟刀架支承块应和工件轻轻接触，并保持很小间隙配合，既不能太松也不能太紧。每车一刀之前，必须先研跟刀架支承面，务必保证圆弧面吻合。

1.4 增加活动中心架

如果零件的直径和长度的比超过一百的话，此时除了要运用上述的刀架，还要设置一个活动架，具体如下图3。这样做的目的是为了防止零件因为本身的重量过重而出现下沉现象，降低误差的发生几率。该架子一般放置在零件的中心区域，依据床头地方的轴线对准，而且要随着走刀情况不断改变方位。

跟刀架支承爪应在车刀后面3-4mm处，如果超过这个距离的话，就会导致零件因为受力严重而发生振动现象。主要是因为这时候的轴可以简化为一个具体的简字梁，具体如图4所示。具体的挠度如下：

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fmax=M（-l2+3a2）3/2/9■EIL（1）

式中：M=FA，代人式（1）有

fmax=FA（-l2+3a2）3/2/9■EIL （2）

式中：F为切削力与吃刀抗力的合力；A为切削力作用点与跟刀架支撑点距离。

图3活动木垫 图4简字梁

因为有上述的弯曲存在，所以零件在旋转的时候其弯曲区域会产生甩转现象，即以主轴转速n为频率，以最大挠度为最大振幅作简谐振动。具体的方程式如下：

Y=fmaxxsin（nt+ψ）（3）

所以，为了避免振动现象发生，就要尽量地降低振幅。而从式（2）中得出，当A=0时，fmax=0，这时候的振动最小。不过如果A过小的话，此时刀架就会影响到刀具的切削，所以，我们通常将该数值设置为3～4mm，此时就可以确保变形以及振动现象发生。除此之外，降低速率的话，也会导致振动变缓，速率必须要超过临界值，要不然的话就会影响零件的运转。

1.5 走刀方向

在处理细长轴的时候，必须使用反走刀，即走刀方向从床头走向尾座，原因是这

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样能够避免变形现象发生，提升效率。顶尖的作用有三：第一是细长工件不下垂；第二是承受工件转动时的离心力；第三是承受一部分主切削力和径向切削力。由于车削细长轴时必须使用跟刀架（有时还需以活动中心架支撑工件），所以切削力主要由跟刀架承受了。这时，反向走刀的轴向切削力就能起到将工件拉直的作用，避免变形。而正走刀和上述完全不一样，会使工件受到偏心压缩（轴向走刀力并不作用在工件轴心，而是作用在外圆附近，这种情况称之为偏心压缩），细长物体受到压缩时，容易弯曲变形。

1.6 应用活顶尖

细长轴车削时顶尖并没有起到应对切削力的作用，其作用是提升刚度，防止甩动。当校直好毛料以后，离心力也变低了，所以，此时顶尖只需要轻微的顶住零件就行了，不用用力太猛，如果力过大的话，就会导致零件弯折，常见的顶尖就可以使用。在检查松紧度的时候，我们可以用手指夹紧顶尖，如果零件活动的时候顶尖也能够运转的话，就表示达标了。由于加工的时候，零件受热会变长，因此我们要不停的检查其松紧性。在具体的工作中，我们要不断地把顶尖朝着后方挪动，在进行精车处理的时候，如果车刀靠近尾座区域的话，就可以将顶尖整体退出来。假如主轴的轴线没有和机床的尾部保持一致的话，此时我们就要按照不断朝后方挪动的方法来移动顶尖，这样可以将锥度消除掉。众所周知，零件的锥度和导轨以及刀架的精确性有很大的关联，和尾座的具体方位并没有多大的关系。相反的，假如顶尖在顶靠的时候用力太猛，靠得太紧的话，此时尾座的方位就会对锥度产生一定的干扰，影响到精车工作的开展。

1.7精车工艺

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精车采用低速，采用宽刃硬质合n d，金弹簧光刀，粗糙度可达0.4，切削深度可小于0.10mm。精车时，由于工件不允许有振动及弯曲，在切削过程中可能存在的变形为弯曲变形及fmax扭转变形Qmax：

fmax=M（-l2+3a2）3/2/9■EIL

Qmax=？仔dnpz/1000GIn·180/？仔≤（？兹） （4）

由经验公式：

Pz=Cpz·txpz·sypz·Kpt（5）

式中：Pz为主切削力；xpz为切削深度修正系数；ypz为吃刀抗力修正系数；Kpt为切削条件不同的修正系数；t为切削深度；s为进给量。

由式（4）、（5）得：转速凡、进给量s、切削深度t中任一项增大，扭转变形都会增大。因此在精车的时候，必须要尽量地调节三者，这样能够确保精确性高。

由于在车削过程中金属变形的主要形式为剪切滑移，其相对滑移变形ε为：

ε=cosr0/sinψcos（ψ-r0） （6）

tanψ=cosr0/ξ-sinr0 （7）

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式中：ξ为变形系数；r0为刀具前角；ψ为剪切角。由式（6）、（7）我们可知，当刀具的前角较小的时候，切削的摩擦就相对要大一些，当温度上升的时候，切削的阻力就随之增加。此时进给力也会随之变大，干扰到生产的精确性。所以，在处理的时候，要确保前角足够大。由式ae=f·sinkr可得出：进给量f相同，kr越大，ae越大，变形系数就越小，使主切削力减小，但kr>60°～75°时，刀尖圆弧半径的作用增大，主切削力略上升，故精车时取75°角。要想实现上述目的，就要切实按照如下所述开展。第一，保障刀具的刃磨良好。第二，确定走刀的方向是从机床的头朝着尾进行的。第三，刀刃和轴线要保证平行。第四，保证冷却液的添加量充足。第五，要保证润滑液冷却。粗精车细长轴时，一定要配合有着较高流量的冷却润滑液，它的存在意义是为了确保零件和支承爪能够冷却，而且还能够保证承接面是高度润滑的，这样能够降低它们的摩擦力，确保处理工作顺畅。通过不断的实验我们发现，使用浓度在百分之二左右是最好的，它不但能够确保冷却性良好，而且还能够发挥润滑作用，能够确保处理的整个过程之中温度都非常低，假如使用机油的话，因为其冷却成效较低，零件温度上升会导致加工工作受到极大地干扰。

2 机床及切削用量

在使用此类措施的时候，我们不需要严格规定机床性能，常见的那些机床都是可以的。在具体地选择切削量的时候要遵照如下几点开展。

第一，深度最好在1.5～3mm之间；走刀量在0.3-0.45mm/r0 之间。第二，速率在40～00m/min之间，不能太低，要不然的话就会影响刀具功效。

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3 实践中的应用

经过上文的简述，我们了解了细长轴类零件的常用加工措施，使用该措施可以确保精确性良好，进而显著提升品质。

参考文献

[1]孟少农.机械加工工艺手册（第一卷）[M].北京：机械工业出版社，1991.

[2]张耀宸.机械加工工艺设计手册[M].北京：航空工业出版社，1987.