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摘 要：加工细长轴历来是比较困难的。这种零件在加工过程中由于某一环的疏忽，就很容易产生许多问题，影响产品的质量，甚至成为废品。分析和探讨细长轴的加工工艺及加工特点。
关键词：细长轴车削加工 加工质量 预防措施
中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-089-02
在机械加工中，有时会遇到当工件的长度与直径之比大于25时，该工件称为细长轴。通常这类零件一般在车床上进行加工。
1 细长轴的工艺特点
细长轴的最大特点是刚性差。在车削过程中，因受切削力、工件重力以及旋转时的离心力的影响，易产生弯曲变形。受切削热的影响，易产生热变形。车削长轴走刀时间长，刀具的磨损较大，影响零件的加工精度。
2 细长轴加工精度误差产生的原因及预防措施
2.1 圆度超差
（1）车床主轴间隙太大，车削前，应检查主轴间隙，并调整合适。（2）毛坯佘量不均匀，切削过程背吃刀量发生变化。加工时应分粗车、精车。（3）用两顶尖装夹时，中心孔接触不良，前后顶尖顶得不紧，前后顶尖产生径向跳动，用两顶装夹工件时，必须松紧适当，若回转顶尖产生径向圆跳动，须及时修理或更换。
2.2 圆柱度超差
（1）用一夹一顶或两顶尖装夹工件时，后顶尖轴线与主轴轴线不同轴。车削前，找正后顶尖，使之与主轴轴线同轴。（2）用卡盘装夹纵向进给车削时，产生锥度是由于车床床身导轨跟主轴轴线不平行。车削前，应调整主轴与床身导轨的平行度。（3）用小滑板车外圆时，是由于小滑板的位置不正，即小滑板刻度线与中滑板的刻度线没有对正“0”线。车削前，必须先检查小滑板的刻线是否与中滑板刻线“0”线对准。（4）工件装夹时悬伸较长，车削时因切削力的影响，使前端让开，造成圆柱度超差。装夹时，尽量减少工件的伸长度，或另一端用顶尖支承，增加装夹的刚性。（5）车刀中途逐渐磨损。车削前，要选择合适的刀具材料，或适当降低切削速度。
2.3 尺寸精度超差
由于切削热的影响，使工件的尺寸发生变化。特别是加工细长轴，热变形的影响更大，因此，在加工细长轴时应设法减少切削热的产生，改善散热条件。
2.4 表面粗糙度超差
（1）车床刚性不足，如滑板塞板塞铁太松，传动零件不平衡或主轴太松而引起振动，车削前，应调整车床各部件的间隙，防止因车床刚性不足而引起的振动。（2）车刀刚性不足或伸出太长而引起振动。车削前，应增加车刀的刚性或正确装夹车刀。（3）工件刚性不足引起振动。车削前，增加工件的装夹刚性。（4）车刀几何参数选择的不合理，如选用过小的前角，后角和主偏角。车削前，应合理选择车刀的角度。（5）切削用量选用不当。车削前，进给量不宜太大，精车佘量和切削速度应选择恰当。
3 细长轴的加工方法
为确保细长轴在加工过程中的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度。在车削过程中应合理地使用中心架、跟刀架来消除工件由于刚性不足而产生的弯曲变形。选用适当的刀具几何参数来消除因切削热的产生而引起的热变形。
3.1 中心架的使用
使用中心架其目的是增加工件的刚度。使用中心架，工件的长度缩短一倍，工件的刚度却成倍提高。中心架安装在导轨上，使用前，应先在工件中间车一段安装中心架支承爪的沟槽，沟槽直径略大于工件的尺寸要求，要使时，三个支承爪松紧适当，在沟槽上加注润滑油。细长轴在车削过程中，要反复检查支承爪的松紧程度，如有松动要及时调整。如图1所示。
3.2 跟刀架的使用
使用中心架虽然能提高工件在车削过程中的刚性，但由于中心架的结构特点，则需要分段车削，工件中间留下接刀痕迹。达不到零件的技术要求。所以中心架的使用具有局限性。而跟刀架则不同。跟刀架固定在中拖板上，随车刀一起作纵向切削运动。跟刀架有两种：一种是有两个支承爪，另外一种有三个支承爪。通常使用三个支承爪的跟刀架车细长轴，因为跟刀架上的三个承爪限制了工件在上下、前后的位移。在车削过程中，工件相对稳定，不易产生振动。使用跟刀架时，支承爪对工件的支承要调到适当的位置，调的太松，车削时，对工件的刚性起不到提高的作用，调的太紧，车削过程中，工件的几何形状会发生变化，达不到质量要求。因此，细长轴在车削过程中，要反复检查支承爪的松紧程度，如有松动要及时调整。如图2所示。
3.3 加注充分的切削液
切削热是在切削过程中产生的，它主要是由工件和刀具传导出去。切削液能带走大量的切削热。如果不用切削液，切削热一部分被切屑带走，一部分传入工件。为防止工件产生热变形，加工时，应加注充分的切削液，减少工件升温，减少工件因热变形而伸长的作用。
3.4 使用弹性活顶尖
车削细长轴时，尽管加注了充分的切削液，但工件的温度总要升高，仍能引起工件的热变形伸长。如果采用通常用的死顶尖或活顶尖，会限制工件伸长，造成工件弯曲变形。若使用弹性活顶尖，当工件伸长时，顶尖会自动后退，不会因工件伸长而产生弯曲变形。当无弹性活顶尖时，可用控制活动顶尖松紧程度的方法来补偿工件的热变形伸长，具体方法是，当后顶尖支顶工件后，用大拇指和食指捏住顶尖，工件正常转动，松开顶尖，顶尖与和工件一起转动。这就说明活顶尖调整的松紧程度合适。
3.5 合理选择车刀的几何形状
合理选择车刀的几何形状的目的是为了减少切削力、切削热、热变形以及振动等。刀具角度中对切削力的影响最大的是前角。
（4）为了减小径向切削力引起的振动，应选择较小的刀尖圆弧半径。
（5）为排屑顺利，车刀应磨有R1.5～3mm的断屑槽。
另外，前角和主偏角对切削温度影响较大，前角增大，散热体积减小，从而散热条件变差，易使切削温度升高。主偏角减小，散热体积增大，散热条件得到改善，有利于降低切削温度。
3.6 选择合理的切削用量
切削用量对切削力的影响主要表现在背吃刀量和进给量上，当增大背吃刀量和进给量时，被切削的金属量增多，切削力明显增大，它不仅使工件弯曲变形，还会引起工件振动。同时，单位时间内切除的金属量增多，产生的切削热也相应增多，致使工件温度上升产生变形。但对刀具的切削温度，切削速度、进给量、背吃量影响程度不同。其中，对切削温度影响最大是切削速度，其次是进给量，背吃量对切削温度影响最小。因此，为了有效地控制切削温度应选用大的背吃刀量和进给量比选择用较大的切削速度有利。
细长轴作为一种常规零件，在机械加工过程中经常遇到。在车削加工过程中，由于它的刚性差，给加工带来了很大的困难。这就要求我们在加工细长轴时，必须采用适当的装夹方式和先进的加工工艺，选择刀具合理的几何参数和合理的切削用量等措施，确保细长轴的加工质量。
参考文献：
[1] 蒋曾福.车工工艺与技能训练[M].北京：高等教育出版社，2004.
[2] 王明耀，张兆隆.机械制造技术[M].北京：高等教育出版社，2009.
关键词：细长轴车削加工 加工质量 预防措施
中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-089-02
在机械加工中，有时会遇到当工件的长度与直径之比大于25时，该工件称为细长轴。通常这类零件一般在车床上进行加工。
1 细长轴的工艺特点
细长轴的最大特点是刚性差。在车削过程中，因受切削力、工件重力以及旋转时的离心力的影响，易产生弯曲变形。受切削热的影响，易产生热变形。车削长轴走刀时间长，刀具的磨损较大，影响零件的加工精度。
2 细长轴加工精度误差产生的原因及预防措施
2.1 圆度超差
（1）车床主轴间隙太大，车削前，应检查主轴间隙，并调整合适。（2）毛坯佘量不均匀，切削过程背吃刀量发生变化。加工时应分粗车、精车。（3）用两顶尖装夹时，中心孔接触不良，前后顶尖顶得不紧，前后顶尖产生径向跳动，用两顶装夹工件时，必须松紧适当，若回转顶尖产生径向圆跳动，须及时修理或更换。
2.2 圆柱度超差
（1）用一夹一顶或两顶尖装夹工件时，后顶尖轴线与主轴轴线不同轴。车削前，找正后顶尖，使之与主轴轴线同轴。（2）用卡盘装夹纵向进给车削时，产生锥度是由于车床床身导轨跟主轴轴线不平行。车削前，应调整主轴与床身导轨的平行度。（3）用小滑板车外圆时，是由于小滑板的位置不正，即小滑板刻度线与中滑板的刻度线没有对正“0”线。车削前，必须先检查小滑板的刻线是否与中滑板刻线“0”线对准。（4）工件装夹时悬伸较长，车削时因切削力的影响，使前端让开，造成圆柱度超差。装夹时，尽量减少工件的伸长度，或另一端用顶尖支承，增加装夹的刚性。（5）车刀中途逐渐磨损。车削前，要选择合适的刀具材料，或适当降低切削速度。
2.3 尺寸精度超差
由于切削热的影响，使工件的尺寸发生变化。特别是加工细长轴，热变形的影响更大，因此，在加工细长轴时应设法减少切削热的产生，改善散热条件。
2.4 表面粗糙度超差
（1）车床刚性不足，如滑板塞板塞铁太松，传动零件不平衡或主轴太松而引起振动，车削前，应调整车床各部件的间隙，防止因车床刚性不足而引起的振动。（2）车刀刚性不足或伸出太长而引起振动。车削前，应增加车刀的刚性或正确装夹车刀。（3）工件刚性不足引起振动。车削前，增加工件的装夹刚性。（4）车刀几何参数选择的不合理，如选用过小的前角，后角和主偏角。车削前，应合理选择车刀的角度。（5）切削用量选用不当。车削前，进给量不宜太大，精车佘量和切削速度应选择恰当。
3 细长轴的加工方法
为确保细长轴在加工过程中的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度。在车削过程中应合理地使用中心架、跟刀架来消除工件由于刚性不足而产生的弯曲变形。选用适当的刀具几何参数来消除因切削热的产生而引起的热变形。
3.1 中心架的使用
使用中心架其目的是增加工件的刚度。使用中心架，工件的长度缩短一倍，工件的刚度却成倍提高。中心架安装在导轨上，使用前，应先在工件中间车一段安装中心架支承爪的沟槽，沟槽直径略大于工件的尺寸要求，要使时，三个支承爪松紧适当，在沟槽上加注润滑油。细长轴在车削过程中，要反复检查支承爪的松紧程度，如有松动要及时调整。如图1所示。
3.2 跟刀架的使用
使用中心架虽然能提高工件在车削过程中的刚性，但由于中心架的结构特点，则需要分段车削，工件中间留下接刀痕迹。达不到零件的技术要求。所以中心架的使用具有局限性。而跟刀架则不同。跟刀架固定在中拖板上，随车刀一起作纵向切削运动。跟刀架有两种：一种是有两个支承爪，另外一种有三个支承爪。通常使用三个支承爪的跟刀架车细长轴，因为跟刀架上的三个承爪限制了工件在上下、前后的位移。在车削过程中，工件相对稳定，不易产生振动。使用跟刀架时，支承爪对工件的支承要调到适当的位置，调的太松，车削时，对工件的刚性起不到提高的作用，调的太紧，车削过程中，工件的几何形状会发生变化，达不到质量要求。因此，细长轴在车削过程中，要反复检查支承爪的松紧程度，如有松动要及时调整。如图2所示。
3.3 加注充分的切削液
切削热是在切削过程中产生的，它主要是由工件和刀具传导出去。切削液能带走大量的切削热。如果不用切削液，切削热一部分被切屑带走，一部分传入工件。为防止工件产生热变形，加工时，应加注充分的切削液，减少工件升温，减少工件因热变形而伸长的作用。
3.4 使用弹性活顶尖
车削细长轴时，尽管加注了充分的切削液，但工件的温度总要升高，仍能引起工件的热变形伸长。如果采用通常用的死顶尖或活顶尖，会限制工件伸长，造成工件弯曲变形。若使用弹性活顶尖，当工件伸长时，顶尖会自动后退，不会因工件伸长而产生弯曲变形。当无弹性活顶尖时，可用控制活动顶尖松紧程度的方法来补偿工件的热变形伸长，具体方法是，当后顶尖支顶工件后，用大拇指和食指捏住顶尖，工件正常转动，松开顶尖，顶尖与和工件一起转动。这就说明活顶尖调整的松紧程度合适。
3.5 合理选择车刀的几何形状
合理选择车刀的几何形状的目的是为了减少切削力、切削热、热变形以及振动等。刀具角度中对切削力的影响最大的是前角。
（4）为了减小径向切削力引起的振动，应选择较小的刀尖圆弧半径。
（5）为排屑顺利，车刀应磨有R1.5～3mm的断屑槽。
另外，前角和主偏角对切削温度影响较大，前角增大，散热体积减小，从而散热条件变差，易使切削温度升高。主偏角减小，散热体积增大，散热条件得到改善，有利于降低切削温度。
3.6 选择合理的切削用量
切削用量对切削力的影响主要表现在背吃刀量和进给量上，当增大背吃刀量和进给量时，被切削的金属量增多，切削力明显增大，它不仅使工件弯曲变形，还会引起工件振动。同时，单位时间内切除的金属量增多，产生的切削热也相应增多，致使工件温度上升产生变形。但对刀具的切削温度，切削速度、进给量、背吃量影响程度不同。其中，对切削温度影响最大是切削速度，其次是进给量，背吃量对切削温度影响最小。因此，为了有效地控制切削温度应选用大的背吃刀量和进给量比选择用较大的切削速度有利。
细长轴作为一种常规零件，在机械加工过程中经常遇到。在车削加工过程中，由于它的刚性差，给加工带来了很大的困难。这就要求我们在加工细长轴时，必须采用适当的装夹方式和先进的加工工艺，选择刀具合理的几何参数和合理的切削用量等措施，确保细长轴的加工质量。
参考文献：
[1] 蒋曾福.车工工艺与技能训练[M].北京：高等教育出版社，2004.
[2] 王明耀，张兆隆.机械制造技术[M].北京：高等教育出版社，2009.