金屬加工：6米的長軸零件怎麼車削？

在車削過程中，經常遇到長軸，加工時很困難。按照以往的加工方法，採用分段車削十分麻煩，耗費工時多，且不能保證質量。首先來看一段歐洲車削長軸的工藝吧。

通常將長徑比＞20的軸稱為細長軸，其車削加工是一項很難的加工技術。傳統的細長軸類零件通常是在普通車床上加工，操作人員的技術水平很大程度上決定了零件的加工質量，而且效率低下。為了解決這種問題，《金屬加工》的作者曾經研發變徑超細長軸車削加工專用機床。經實際驗證，該專用機床能夠有效地提升變徑超細長軸類零件加工的尺寸精度、表面質量及加工效率，可實現規模化生產。今天把這篇文章分享給大家。

1 細長軸類零件加工難點分析

1）細長軸類零件的剛性差，長徑比大，切削時不僅易產生振動和熱脹變形，而且需要具備一定比例的錐度。

2）細長軸在高速車削時，區域性溫度會急劇上升，產生較大的線膨脹，因其散熱性差，導致細長軸彎曲變形，影響車削精度。

3）細長軸軸向尺寸大，車削時要求較小的進給量，刀具極易磨損，在實際加工中很容易出現崩刀、啃刀等刀具損壞現象，產生竹節形誤差和麻花形誤差。

2 細長軸振動基本理論

細長軸車削振動問題屬於連續系統振動，其有無窮多個自由度，可以用偏微分方程對其進行描述。在建立細長軸切削的受力模型時，可將尾座處簡化為一個簡支座；跟刀架只能限制X、Y方向位移，Z向可以自由移動，可將跟刀架簡化為一個簡支座；將自定心卡盤處簡化為一個固定支承，則可建立細長軸車削時的受力簡圖，如圖1所示。

圖1細長軸車削受力簡圖

1—尾座2—跟刀架3—自定心卡盤

在主切削力、軸向切削力、徑向切削力和約束的共同作用下，細長軸將主要出現徑向振動和軸向振動，假設細長軸材料為理想彈性體且滿足以下三個條件：一是質量均勻分佈，二是各向同性，三是服從虎克定律，這樣就可以對細長軸的徑向、軸向振動進行理論推導。

3 變徑超細長軸車削加工專用機床設計

筆者根據所要加工零件的特點設計了專用數控機床，對一臺型號為CA6140/3000的數控車床進行了數控化改造，在基本機械改造的基礎上，針對細長軸類零件的加工難點進行分析，在反覆試驗的基礎上，最終確定了液壓可適應跟刀架、拉式尾座和雙卡盤結構組合的加工方案，具體改造方案如下所述。

（1）液壓可適應跟刀架（見圖2）該專用機床設計了一種液壓可適應跟刀架，在安裝時確定好卡輪與刀具之間的距離，並確保液壓跟刀架三爪完全與細長軸接觸。根據所需要的夾緊力調整液壓站輸出壓力，車削進給時，液壓中心架的三個爪能夠隨著變徑超細長軸的外形自適應調整。液壓跟刀架的具體引數為：工作壓0。1～3。0MPa，最大壓4MPa，最大夾緊力2。4kN，工作範圍定心精度0。02mm，重複定位精度005mm。跟刀架採用了集中潤滑的方式，有專門的潤滑油泵向卡爪的三個軸承提供潤滑油，在日常使用中，要注意及時向儲油罐加註足量的潤滑油，以保證加工的順利進行。

圖2液壓可適應跟刀架

（ 2 ）拉式尾座（見圖3）傳統加工細長軸的車床尾座一般採用頂尖式結構，但在實踐中發現頂尖式尾座並不適合變徑超細長軸的加工。筆者設計了一種彈性尾座拉緊裝置，其工作原理是透過對細長軸施以一定拉力，從而改變細長軸在車削加工中的受力狀況。因為尾座裝置需要同時承受軸向拉力和因細長軸自重而導致的徑向力，所以支撐部件選擇圓錐滾子軸承。由於拉力裝置的尾座軸承內部潤滑困難，故選用油脂潤滑方式。針對不同直徑規格的細長軸，設計了一種快換裝置，以方便裝夾更換。

圖3拉式尾座

（3 ）雙卡盤結構（見圖4）經分析、探究發現，伸出主軸箱外側的細長軸在機床高速旋轉過程中會產生較大振動，這種振動會傳遞給加工段，導致細長軸加工表面質量較差。筆者特設計了一種雙卡盤結構，即在主軸箱兩側均裝設卡盤，車削過程中，伸出部分細長軸產生的振動先傳給外側卡盤，後傳遞給內側卡盤，經過雙卡盤結構減振後，傳遞到加工區域的振動已經很小。透過雙卡盤結構的設計，進一步提高了細長軸的加工質量。