细长轴车削示例，保证表面粗糙度和几何精度

1.车削中碳钢细长轴工件（图2-242）

（1）细长轴的粗车加工和热处理 该细长轴的表面粗糙度值为Ra0.4μm，所以经粗、精车后，还应进行磨削加工。

图2-242 细长轴工件

1）粗车外圆时留余量2～3mm，端面留余量0.5～1mm，然后进行调质处理。调质后，需进行人工校直，总长度内的弯曲度应控制在0.3～0.5mm。

2）第二次进行粗车（半精车）时，首先应修整两端顶尖孔，将带有保护台的轴端中心孔进行研磨。中心孔表面粗糙度值不应低于Ra1.6μm，第二次粗车应留出精车余量和磨削余量。总长度上的振摆应小于0.15mm，表面粗糙度值不应大于Ra6.3μm，粗车时应反复倒转工件2～3次，使两端中心孔与顶尖进一步吻合，以消除工件弯曲的问题。

（2）跟刀架和车床尾座的调整

1）粗车时，首先在距端面30～35mm处车出跟刀架位置，表面粗糙度值应不大于Ra6.3μm，以减少由于圆度误差大，而导致轴件产生的弯曲和变形。调整和使用跟刀架时，跟刀架支柱爪圆弧面R（图2-243）应与跟刀架爪的直径相同，以增加接触面，减少切削时的振动和轴件弯曲现象。

跟刀架支柱爪调整力以不将细长轴件顶弯为适合，轴件与跟刀架的接触面最好采用滑动配合。切削过程中，应注意跟刀架支柱爪与轴件接触面之间的润滑，以免轴件产生弯曲和降低加工精度。

图2-243 跟刀架支柱爪弧面与轴表面相吻合

2）车床尾座顶尖调整量的大小，应控制轴件在两顶尖之间的窜动量为0.05～0.08mm。若调整力过大，则顶尖孔易磨损；若调整力过小，则在切削过程中，轴件会由于切削背向力的影响而易产生弯曲。

（3）车刀几何形状的选择和润滑要求 正向切削细长轴时，所选择的车刀几何形状如图2-244所示。其中γ_o=18°～25°，α_o=6°～8°，κ_r=65°～70°，κ′_r=12°～15°，α_o1=5°～6°，λ_s=10°～12°，刀尖圆弧半径R=0.25～0.3mm。为了减少切削时的振动，应使用弹性刀柄进行切削。

图2-244 细长轴正方向进给粗车刀

所采用的切削用量为：轴件调质后第二次粗车时，车床主轴转速n=280r/min，背吃刀量a_p=0.5～0.6mm，进给量f=0.13～0.2mm/r；精车时使用宽刃精车刀，车床主轴转速n=300r/min，背吃刀量a_p=0.2～0.25mm，进给量f=0.08～0.1mm/r；振摆量为0.03～0.05mm，同时要避免积屑瘤的形成。

为了减少跟刀架两爪与工件的磨损，避免轴件温度上升过快和冷却车刀切削刃，切削过程中自始至终都应充分地进行润滑和冷却。切削液是用柴油掺入10%全损耗系统用油的混合液，其使用效果较好。

细长轴件加工完后不宜平放，应竖吊起来，以减少其弯曲。

2.反方向进给车削细长轴

（1）工件的装夹 首先将棒料校直（图2-245），具体方法是：先把棒料弯的方向向上，然后用圆弧偏锤敲打棒料，由中间向两边渐进敲直；再用卡盘夹紧校好棒料的一端，夹紧部分不能过长，一般在15mm左右，可采用如图2-198所示加上钢丝圈的方法，以防止棒料夹紧后和顶尖构成的中心线不同轴而强制装夹，造成扭弯现象。同时，在靠近卡盘5～10mm处车出缩颈d（退刀槽），如图2-246所示。

图2-245 校直细长轴

图2-246 在轴件上车出退刀槽

细长轴另一端用弹性回转顶尖支承，用以消除工件热伸长的强迫弯曲。细长轴中间再支承跟刀架，以防细长轴被车刀顶弯。

粗车时，先在卡盘端车出长度为50～80mm的加工表面，记下横向进给刻度，然后退出车刀（图2-247），在车出的加工表面上装跟刀架，刀尖与跟刀架的距离为1～2mm，接着进行切削。接刀时应比原背吃刀量减小0.05～0.1mm，以防出现竹节形表面和产生直径误差。

图2-247 车削细长轴

精车时，为防止跟刀架爪在精车表面上摩擦而出现划痕，跟刀架爪接触改装在粗车过的表面上，刀尖与跟刀架之间的距离仍控制在1～2mm。

（2）车刀的安装 粗车时，车刀的安装位置应高于车床主轴中心0.2～0.5mm。这样，实际工作前角增大，使刀具前刀面的磨损减小，便于切削；同时其工作后角则相应减小，易于防止切削时的低频率振动，保持了工件的固有刚性。但应注意，如果工件材料组织不均匀，会由于车刀切削时碰上硬块等物而出现让刀现象，此时则不应使车刀高于主轴中心安装，而应与主轴中心相齐。

精车时，车刀的安装位置低于工件中心0.1～0.2mm，这样实际的工作后角增大，减少了车刀后刀面的磨损，提高了加工表面的质量。

（3）工件的加工 采用反向进给和大走刀切削。车削过程中，传递转矩的自定心卡盘、车刀跟刀架及尾座顶尖应该成为一组合体，即三者必须构成同一转动工作中心线，这样才能保证工件表面粗糙度和几何精度的要求。但实质上，绝对共线是不可能的，一般地说，只要保证其中任意两者构成一转动工作中心线就可以了。所以，车床尾座顶尖只用来作安全因素考虑。这样，细长轴在转动时，不会由于整个组合工作体不在同一中心线上，而产生对工件的径向作用力，也就保证了在车床精度不高的情况下，仍可加工出高精度和高光洁的细长轴。车床尾座顶尖若使用固定顶尖，则必须离开工件0.05～0.08mm；若用弹性回转顶尖，则可不必离开工件。

3.车削ϕ20mm×1218mm光杠（图2-248）

（1）所使用车刀 图2-249所示是正向进给细长轴车刀，刀柄材料为45钢，刀片材料为YT15，精加工或加工硬度较高的材料时可采用YT30刀片。该刀具的特点如下：

图2-248 光杠工件

图2-249 正向进给细长轴车刀(www.xing528.com)

1）选用90°主偏角，前刀面上磨有4～6mm的卷屑槽，切削抗力及摩擦阻力小，因而切屑排出轻快，散热性能好，切削过程中形成银白色主切屑。

2）卷屑槽和主切削刃共同构成λ_s=3°的刃倾角，不但排屑方向性好，切屑不会擦伤已加工表面，而且保证了切削过程的安全。

图2-250 车刀使用情况

3）主切削刃上磨有0.15～0.20mm、-20°的倒棱，刀尖处磨有R=0.15～0.20mm的圆弧，主切削刃及刀尖的强度较高。

4）倒棱在加工过程中产生线状蓝色副切屑串在主切屑中间，随主切屑同时排出（图2-250），从而消除了积屑瘤停留在加工表面上的可能，提高了光洁性。

5）该车刀适用于粗车和半精车工序，一把刀可完成整个外圆加工，减少了换刀时间。

切削用量为：切削ϕ20～ϕ40mm，长度为1～1.5m的工件，粗车时，n=450～750r/min，a_p=1.5～3mm，f=0.3～0.5mm/r；半精车时，n=600～1200r/min，a_p=1～1.5mm，f=0.3～0.5mm/r；精车时，使用前面介绍过的宽刃精车刀，若使用如图2-249所示的车刀，其精车切削用量为n=600～1200r/min，a_p=0.5～0.7mm，f=0.15～0.20mm/r。

（2）车床精度的检测和调整 该工件可在CA6140型车床上加工。因工件较长，在切削过程中，需使用床身导轨的全部或大部分。而在卧式车床上加工短工件较多，使床身靠近卡盘部分（近床头部分）的导轨磨损较快，造成了车床尾座顶尖中心和床头主轴中心线与全部导轨不平行，如图2-251所示。这对于长期使用而未经维修的车床来说，就须调整车床，使它适用于细长轴的加工，调整方法如下：

1）使主轴中心线与导轨平行，需调整尾座。检测方法以CA6140型车床为例，可采用ϕ50mm×1000mm的试验棒（长度视车床长度而定）顶在两端中心上（图2-252），将百分表装在车床溜板上并指向试验棒的上部，摇动溜板检测试验棒两端的误差。根据误差尺寸，用厚度约0.02mm的一般办公纸垫起尾座与床身导轨的接触面端部，垫的位置与厚度按误差的位置与尺寸而定。如果靠尾座顶尖部分低，可垫尾座的前部；若靠车床主轴部分低，就垫尾座后部。

图2-251 导轨近车床主轴部分磨损较大

图2-252 车床主轴中心线对导轨平行度的检测

2）检测尾座顶尖中心对床头中心的同轴度。检测方法与上面检测平行度时相同。使百分表指向试验棒的侧面（或切削方向），如图2-253所示。根据测得的误差尺寸，误差斜度超过0.1mm就应对尾座进行调整。如无试验棒，可将工件装到车床上，车出两端直径相等的尺寸，用同样的方法检测和调整车床。

图2-253 尾座顶尖中心对主轴同轴度的检测

此外，还需将横溜板楔铁的间隙调整好，以防止加工过程中扎刀，同时又能准确、方便地控制进、退刀。

（3）跟刀架的结构及调整 跟刀架是加工细长轴时必不可少的轴件，加工一般长轴表面时只用上、侧两个支柱爪，车削细长轴时一般需用上、侧、下三个支柱爪。

跟刀架支柱与轴件表面的接触要良好（图2-218），支柱外径与跟刀架体孔应保持滑动配合状态，配合间隙为0.02～0.03mm，以保证使用中运用自如。若间隙太大，则会在高速切削状态下产生振动，从而影响轴件的圆度。

（4）加工情况和操作要点 该工件的材料为45钢（经正火或调质处理），加工余量为8～10mm，切削液可使用乳化液。

图2-254 调整跟刀架爪与车刀刀尖距离

先车削工件一个端面，再调头车削另一端面，并钻中心孔，工件采用一夹一顶的装夹方法，然后选择切削用量及转速。车刀切入工件后随即调整跟刀架支柱爪，在进给约切入轴向长20～30mm时，迅速地先将外侧跟刀架爪与工件表面接触，后将上爪接触，最后拧好紧定螺钉。车刀刀尖和跟刀架左端面之间的距离最好在δ=1.5～2.0mm，如图2-254所示。

前面讲到，如果车床床身导轨的磨损不均匀，容易造成车床主轴中心和顶尖中心与床身导轨面之间的局部不平行，引起跟刀架上侧爪在不同位置上的压力变化，从而影响工件精度。所以在切削过程中，应在不同阶段及时适当调整上侧爪，但不得任意调整外侧爪。

1）中心孔的检查和找正。第一刀车过后，为使材料内应力反映出来，须找正中心。找正时，可按照前面介绍过的方法进行。顶尖与工件接触压力的大小，以回转顶尖开始跟随工件旋转再稍加一点力即可。压力太大，容易使工作产生弯曲变形；压力太小，容易引起开始吃刀时的振动或研坏顶尖表面。每车一刀后都要检查一次中心孔的准确性，如果中心孔不正，要继续进行找正。这样通过几次找正，就可使工件反映出的内应力逐步消除或减小，从而达到较小的弯曲度（0.03mm/500mm）。通过粗车、半精车和精车达到图样中的要求尺寸，再用1号砂布稍稍打光，即完成了外圆的加工。

2）车刀的装夹。细长轴车刀的装夹，粗车时刀尖应高于工件中心0.5mm，使车刀后刀面与工件有轻微的面接触，以增加切削过程中的平稳性，而且由此产生的平面挤压工件，降低了表面粗糙度值。90°偏刀轴向进刀时切削力较大，容易产生扎刀现象，卷刀时刀尖可稍向右偏2°，这时实际主偏角为88°左右，这样可克服扎刀现象。

（5）容易出现的问题与预防措施 轴类工件的质量问题前面已有叙述，下面介绍加工细长轴时易出现的弊病。

1）细长轴弯曲。细长轴本身由于强度差，在加工过程中极易产生弯曲变形。材质本身有内应力，应采取热处理（正火+调质处理）工艺来消除。正火后，检查弯曲程度，能通过切削加工消除即可；若弯曲过大不能加工，最好不采用冷调直找正方法，而应重新进行热处理，合格后再行加工。

工件装夹不良也是造成轴弯曲的原因之一。两端顶着工件进行加工时，由于卡箍的抗力偏向一方而产生杠杆作用，在加工中迫使工件产生内应力，加工中热量的增加使工件产生轴向伸长，两顶尖过紧也可使工件弯曲，所以采用一夹一顶的方法较好。当有些台阶多的工件装夹加工不方便时，也可采用两端顶的方法，但要注意装夹合理和随时调整顶尖的松紧程度。

2）细长轴出现竹节形。这种现象的产生主要是由于跟刀架外侧爪和工件接触过紧、过松或顶尖精度差。用车刀切削工件时，跟刀架爪接触工件过紧，把工件顶向刀尖，增加了背吃刀量，使这一段工件的直径变小。当跟刀架行进到此处时，由于工件直径小而产生了间隙，切削时的背向力把工件推到和跟刀架爪接触，在此过程中工件直径增大；当跟刀架再次进行到此处时，又把工件推向刀尖，从而又使工件直径变小。这样不断反复，使工件形成竹节形，如图2-255所示。

图2-255 细长轴出现竹节

图2-256 细长轴出现波纹振动

其解决方法：首先应选用精度较高的回转顶尖，并采用不停车跟刀的方法，进给约30mm时迅速跟紧跟刀架的外侧爪，轻触顶实即可。开始发现竹节现象时应退刀并重新吃刀，可把跟刀架松开，把已出现的竹节轻走一小刀消除，再将跟刀架跟上。不要停车和接触跟刀架。

3）细长轴出现波纹振动。波纹振动是进刀过程中，工件外圆出现的轴向多棱或椭圆状态，如图2-256所示。其产生的原因为：跟刀架紧固不好，跟刀架爪弧面接触不好；跟刀架上侧支柱爪压得太紧使工件下垂，造成外侧爪的接触产生变化；回转顶尖轴承松动或圆度误差大，在开始吃刀时就有振动及椭圆。