细长轴车削加工技术详解：从装夹到热变形处理的全面指南
细长轴车削加工技术详解：从装夹到热变形处理的全面指南
细长轴车削加工是机械加工中常见且具有挑战性的一种加工方式。本文从细长轴的定义出发，详细探讨了其加工特点、装夹方法、热变形处理、车刀要求及几何参数选择等关键环节，并针对加工难点提出了具体解决方案。对于机械加工领域的从业者来说，本文具有较高的参考价值。
细长轴的加工特点
所谓细长轴是指轴的长径比 l / d ≥ 20的轴，当 l / d ≥ 100时则称为细长杆。细长轴加工特点：
刚性差：细长的工件由于自重下垂，高速旋转时受到离心力、车削时受到切削力都极易使其产生弯曲变形。工件弯曲越大，车削时振动越大，表面质量精度也越难以保证。
热变形大：细长轴车削时热扩散性差、线膨胀大， 当工件两端顶紧时易产生弯曲变形。
加工疵病多：在细长轴加工的整个工艺过程中，要求操作者技术水平高，操作细心， 如某一加工环节处理不当， 就容易产生问题， 如径向跳动、弯曲及产生竹节、波纹、锥度 等加工疵病。因此，在车削细长轴时，对机床的调整、辅具的应用、刀具、切削用量等都提 出了较严格的要求。
细长轴的装夹方法
两顶尖间安装细长轴，此方法没有安装误差，易保证工件同轴度。但刚性差，易产生震动。用于长度与直径比不是很大，余量较少，需多次安装的工件。
一夹一顶装夹细长轴，为避免重复定位，卡爪夹持部分应较短，或在卡爪与轴之间垫入∅4mm×20mm的钢丝。一夹一顶比两顶尖刚性好，应用较广泛。
在车削长度与直径比较大的细长轴时，应采用反向进给切削法，车刀从卡盘方向往尾座方向进给，使工件受轴向拉力，能消除震动，提高加工质量。
- 使用中心架支承细长轴
中心架直接支承在工件中间，当工件可以分段车削时，在毛坯中部车处一段支承中心架的沟槽，其表面粗糙度值小，同轴度公差小，保持与车床旋转中心同轴。
用过渡套筒支承细长轴，中心架支承爪与过渡套筒的外圆接触，过渡套筒的两端各装有四个螺钉，用螺钉夹住毛坯工件，并调整过渡套筒外圆轴线与车床旋转轴线重合。
- 使用跟刀架支承细长轴
两爪跟刀架，跟刀架跟随车刀移动，车刀给工件的切削抗力，使工件贴在跟刀架的两个支承爪上，减少变形。
三爪跟刀架，三爪跟刀架下面一个支承爪承受工件重力，可克服两爪跟刀架的不足，使车削时稳定，不易产生震动。
跟刀架的支承爪与工件的接触压力要适中，不宜过大或过小，接触压力过大，出现竹节形，接触压力过小，跟刀架不起作用，出现多棱形。
- 套圈式跟刀架，套圈安装在专用的跟刀架里，车刀在两套圈间进行车削。
细长轴热变形伸长
车细长轴时，要考虑热变形的影响。工件热变形伸长量可用下式计算
△L=αlL△t
式中 △L——工件热变形伸长量（mm）；
αl——材料线膨胀系数（1/℃）；
L——工件总长（mm）；
△t——工件升高的温度（℃）。
细长轴外圆车刀要求及几何参数
外圆车刀，要求切削力小，减小背向力，切削温度低，切削刃锋利，排屑流畅，刀具寿命长，刀具可采用下图所示。
加工细长轴难点及采取的措施
- 细长轴的刚性很差，在切削力，重力等作用下易产生弯曲变形、震动；
增加刚性，减少工件弯曲变形。
- 采用中心架、跟刀架提高工件的刚性。
- 增大车刀主偏角，减小背向力。
- 采用反向进给切削法，使工件受轴向拉力，消除震动。
- 在切削过程中，工件受热伸长量大，加剧弯曲变形，严重时会使工件在顶尖间卡住；
解决工件热变形伸长。
- 使用弹性回转顶尖，补偿工件热变形伸长。
- 加注充分切削液，降低切削温度。
- 刀具保持锐利，减少车刀与工件的摩擦发热。
- 加工时一次进给所需的时间较长，刀具磨损较大。
合理选择刀具。
- 选用耐磨性好的硬质合金材料。
- 合理选择车刀几何形状。
- 精准刃磨刀具，降低刀具表面粗糙度。
细长轴的车削加工是机械加工中比较常见的一种加工方式。由于细长轴刚性差，车削时产生的受力、受热变形较大，很难保证细长轴的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式和先进的加工方法，选择合理的刀具角度和切削用量等措施，可以保证细长轴的加工质量要求。