锥形细长轴的车削加工

                                                                                        作者：中国工程物理研究院 兰成均 
        细长轴的直径和长度之比(L/D)一般都大于20，车削时机床—工件—刀具工艺系统的刚性较差，工件极易弯曲且产生振动，特别是加工锥形部分刚度更差。另外，由于细长轴热扩散性差，切削过程中切削热使工件产生的线膨胀，也会使工件容易产生腰鼓形、麻花形、竹节形等缺陷，不易获得满意的表面粗糙度及几何精度。因此车削锥形细长轴时，关键是要提高工艺系统的刚度，这对刀具、机床、辅助工具和工艺方法均有较高要求。
       如图1所示，细长轴的材料为45钢。由于长径比大，表面精度要求较高，锥形部分的车削难度较大，采用常规的加工方法很难满足质量要求。通过分析，设计人员制定了合理的工艺方案，有效避免了在加工圆柱外圆时受切削力影响产生的弯曲变形，增强了在加工锥形部分时工件的刚度，减小了加工过程中的振动，提高了锥形细长轴的加工质量，取得了良好的加工效果。
                                                                   
                                                                                      图1 工件尺寸图
1. 细长轴外圆的车削
        在加工工件的f6-0.03外圆时，采用图2所示的装夹方法安装工件，为减小车削时工件的振动和弯曲变形，加工过程中采用了反向走刀的加工方法。
                                                           
                                                                  1.钢丝圈 2.跟刀架 3.工件 4.弹簧顶尖
                                                                    图2 反向走刀车削装夹示意图
            首先在工件3的外圆上套一开口钢丝圈1，使工件与卡爪间成线接触(钢丝圈起万向调节的作用)，伸入卡盘用卡爪夹紧
           在工件的另一端钻一圆柱孔作顶尖孔，以使顶尖与圆柱孔成线接触，消除工件旋转时的蹩劲现象；尾座顶尖采用有伸缩性的弹簧顶尖4，这样工件可轴向伸缩，补偿切削热引起的膨胀。同时，跟刀架2配备三个支承爪，底部采用弹簧支承爪，支承爪的支承面与工件研配。切削过程中跟刀架三个支承爪与车刀组成两对径向压力，以平衡车削时产生的径向力。车刀主偏角k=75°～90°，前角g=15°～20°，并磨制圆弧形切削槽，以减小背向切削力，增大轴向切削力。
2. 锥形部分的车削
         锥形部分的车削需对卧式车床的转塔和横刀架进行改造(见图3)。在横刀架上固定一块平板10，在平板10上以螺柱9为旋转中心安装一块可转动的U形板8，根据细长轴锥形部分的锥度将其旋转至要求后用螺钉7固定在平板10上。在U形板8上固定一根轴6，车刀柄5以其有衬套的孔在轴6上滑动。同时，在转塔4上固定一个叉形工件支承3，工件1通过叉形支承3的衬套2进入叉内，叉的内侧开有槽，车刀通过槽进入叉内进行车削。由于刀柄5也是固定在转塔4上的，当转塔4向机头推进时，车刀便将进入叉内的细长轴车成了图示的锥形。
                                                              
                                        1.工件 2.衬套 3.叉形支承 4.转塔 5.车刀柄 6.轴 7. 螺钉 8.U形板 9.螺柱 10.平板
                                                                        图3 锥形部分的装夹及车削示意图