如何提高细长轴加工精度

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在机械加工过程中，有不少轴类零件的长径比L/d>25，这种零件被称为细长轴。因为细长轴的长径相对来说比较大，刚性差，加工过程中受到切削力、重力和顶尖顶紧力的作用，处于横置位置的细长轴就极易出现弯曲变形甚至失稳，形成振动、锥度、腰鼓形和竹节形等缺陷，加之切削时间长、刀具磨损大，不仅降低加工精度，也难以保证加工质量。因此，车削细长轴时，要采取有效策略来提高加工精度和质量，实现细长轴加工降本增效。

　　一、细长轴加工常见误差分析

　　细长轴在加工过程中，因受到多种因素的影响，加工难度比较大。工件不仅极易产生弯曲变形与振动，还会受到切削热的作用产生热变形。特别是主轴转速较高的情况下，因轴弯曲而产生的离心力会进一步导致这种变形程度加大。加工中随着切削时间的增加，刀具连续工作时间很长，刀具出现磨损，也会造成加工后的工件产生锥度误差。此外，操作者的技能水平也会对细长轴的加工精度产生影响，需要其具备较高的技术水平。常见的细长轴加工误差主要如下：一是竹节形缺陷。在加工细长轴过程中，强烈振动会导致工艺系统各接触部位的接触刚度与机械性能产生变化，使得切削区域产生各种形状误差。竹节形误差是因使用跟刀架后，若是压力过大，就会使得切削深度变大，这样加工出的直径就会相应地变小。而若支撑爪的压力突然减小或没有进行接触，背向力会把细长轴推开，导致切削深度变小，从而出现“竹节”形误差。二是腰鼓性缺陷。这种误差的主要原因是细长轴装夹时，通常采取的是两顶尖装夹的方式。因为细长轴零件细长，缺乏足够的刚性，在切削力的作用下，产生的弹性变形就会导致出现“让刀”的情况，由此产生腰鼓形圆柱度误差。

　　二、提高细长轴加工精度的有效策略

　　（一）调整机床和跟刀架

　　细长轴的实际加工过程十分复杂，加工程序较多，在加工前需要做好加工前的准备工作。细长轴进行加工时，使用机床导轨的时间较长，应先对机床的大部分导轨或全部导轨进行调整，检测主轴中心与尾座套筒是否在同一中心线上，不能出现高低不平或横向水平移动的情况，如此才能有效提高机床工作效率与质量。此外，还要检验调整主轴间隙，确保主轴回转处于平稳状态，实现大、中、小滑板配合间隙适宜。跟刀架通常用作车床的常见组件，用于支撑刀具切削点附近的工件，在加工过程中，跟刀架会随着刀架溜板发生纵向移动。这就需要对跟刀架进行调整，接触工件的支撑部分采用青铜等材质耐磨的材料，以便将细长轴加工时发生的切削作用力分散，减少变形与振动等的影响，加工过程中，如果跟刀架因振动发生轻度变性，应当应用圆柱铰刀固定卡盘，这样也能对跟刀架支撑部分进行修正，保证实际加工精度符合加工标准与要求。

　　（二）改良细长轴的装夹方式

　　轴类工件加工使用的装夹方式通常为两顶尖的方式，不过因为细长轴的刚性不强，这种装夹方式容易导致工件出现变形、弯曲等问题，这样就会使得细长轴的中心孔与顶尖接触不良，切削力过于集中，而使细长轴出现脱落或顶出等故障问题。可采用一夹一顶的装夹方式，在卡盘卡爪的下面垫入直径4mm左右的钢丝，保证细长轴能够自动调节自身位置，这样可以把工件与卡盘的卡爪之间的接触变为线接触，防止在装夹过程中产生弯曲力矩。采用弹性活络顶尖，如圆跳动量小于细长轴公差三分之一倍的弹性活动顶尖，如果工件受热后产生热变形顶着顶尖，此时弹性活络顶尖就能通过轴向伸缩对热伸长量进行补偿，从而减少工件变形弯曲，同时，也不会因卡盘夹死而产生内应力。在细长轴的车削过程中，采用反向切削法车削，车刀由主轴卡盘向尾架方向进给，以便分散作用在工件上的轴向切削分力，有助于消除轴向切削力引起的弯曲变形。或者增加后刀架，应用双刀车削细长轴，两把车刀车削时产生的径向切削力会相互抵消。此外，无论是低速切削，还是高速车削，都要充分加注切削液，以减少工件的热变形伸长，降低刀尖切削温度，延长刀具使用寿命。

　　（三）选择合理的刀具角度和切削工艺

　　车刀的前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大。可以选择YT15硬质合金制成的刀具，并保持刀具表面粗糙度在0.8以上。为了降低切削力影响，防止加工过程中细长轴出现变形，就要保证切削深度与进给量不变的前提下，增加主偏角，此时刀具发生的径向力会变小，减小细长轴承受的切削作用力。精车的主偏角取值范围在85度至90度，粗车的主偏角取值范围要在75度到80度之间。在加工之前，工作人员要调整刀尖圆弧半径，将半径控制在0.15毫米到0.5毫米之间，以减小刀具的振动幅度，刀尖高度位于加工细长轴回转中心的0.2毫米至0.4毫米上方，可避免细长轴上下窜动，减小因振动导致的变形问题。

此外，还要选择科学合理的切削工艺方法，对切削用量进行科学控制；在车削细长轴时，应尽量减少切削深度。一般粗车时切削深度（ap）为1.5～2mm，精车时切削深度（ap）为0.5～1mm；科学控制切削速度，结合细长轴材料、加工性质、装夹方式、机床铺具等实际情况，以及刀具质量和类型对切削速度进行调整。例如，对于YT15硬质合金刀具来讲，细长轴的切削速度应控制在450r/min至750r/min之间。进给量主要对车削力和工件表面粗糙度产生影响。如果进给量增大，就会导致切削厚度增加，切削力增大。但如果切削力不是按正比增大，就会降低细长轴的受力变形系数。若增大进给量比和切削深度，可提高切削效率。但应控制在一定的比率，一般粗车时进给量（f）为0.30.4mm，精车时进给量00.08～0.12mm。