超细长轴车削加工及夹具设计

机床与液压

MACHINE TOOL & HYDRAULICS

May 2016

Vol. 44 No. 10

10.3969/j. issn. 1001-3881. 2016. 10. 057

超细长轴车削加工及夹具设计

李银玉，吴敬

(沈阳工学院机械与运载学院，辽宁沈阳110005)

摘要：超细长轴车加工存在刚度差、易变形缺点。传统装卡方法采用一夹一顶，加剧变形发生，影响加工质量。设计

新型夹具，采用前后夹紧的装卡方式，变压力为拉伸力，解决了变形问题；通过选用合理的切削参数和刀具角度，进一步 确保了加工质量，提高了生产效率。

关键词：细长轴；加工变形；夹具设计中图分类号：TG751 文献标志码：B

文章编号：1001-3881

(2016) 10-187-2

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一般将长度和直径之比1/^大于25的轴称为超 细长轴。轴加工一般采用车削加工，而细长轴由于本 身刚度低，加工时易出现弯曲变形。传统的车削加工 是用床头三爪卡盘夹紧轴的一端，另一端由床尾顶尖 顶紧。顶尖顶住轴端使轴受到压紧力作用，会加剧轴 的弯曲变形，若顶尖力不足，会使轴在加工中出现颤 动，影响轴的表面质量。某公司加工一批轴类零件， 直径令5 mm，偏差-0. 05 mm，长度150 mm，长度偏 差-0.1 mm;表面粗糖度6. 3 pm，材质45钢，属于 超细长轴。考虑了传统车加工一夹一顶方法存在的弊 端，设计了具有拉伸性的夹具，并注重了刀具角度和 切削参数的选择，顺利完成加工，取得较好效果。1

夹具设计

夹具设计思想：将尾座顶尖顶轴定位改为拉伸轴 定位，将顶尖压力变为拉伸力，消除顶压力引起的弯 曲变形。

夹具设计思路：将尾座顶尖拆下，利用套筒锥孔 安装一个夹具，夹紧轴的尾端，尾座向后移动，将轴 拉紧，锁上尾座，幵始加工。

夹具（见图1)由K280三爪自定心卡盘1、芯 轴11、端盖2、轴承3、莫氏4号锥体夹具体6、车 床尾座7、尾座套筒8等主要零件组成。三爪卡盘由 螺栓与心轴上法兰连为一体。莫氏4号锥体夹具体插 入车床尾座套筒里，与莫氏4号锥孔配合，由螺栓 10和垫圈9将两者固定为一体。心轴尾端安装双轴 承，用双螺母锁紧。端盖2安装在莫氏4号锥体夹具 体法兰上，使全部零件组装成整体。工作时夹具体不 转动，卡盘和心轴一体转动。

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1一280二爪自定心卡盘 2—端盖 3—轴承 4一间隔套

5—螺母6—莫氏4号锥体夹具体7—车床尾座8—尾座套筒 9 一垫圈 10—螺栓 11 一心轴 12 —密封圈

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图1夹具结构图

夹具安装：（1)三爪卡盘与心轴安装为一体; (2)端盖2先套入心轴上，陆续安装轴承、间隔套 和双螺母锁紧；（3)将心轴插入夹具体里孔中，螺 栓拧紧端盖，夹具组装完成；（4)拆卸尾座手轮， 将莫氏4号夹具体从正面插入尾座套筒里，将螺栓 10和垫圈9从后面放入套筒里，将夹具锥面体拧紧 固定在筒体里；（5)重新安装手轮。将零件尾端安 装在三爪卡盘里，拧紧卡盘。转动尾座手轮，使尾座 套筒后移，把轴拉紧，装夹完成，幵始反向走刀 加工。

夹具工作原理：该夹具用轴拉紧代替传统的顶尖 顶紧，消除了工件顶紧弯曲和顶松发颤问题，将原压 力改变为拉力，拉紧的轴向力和反向走刀的轴向力形 成二力同一方向的轴向合力，增强了细长轴加工时的 刚性，避免了弯曲和振动。配合合理的切削参数和刀 具角度，解决了超细长轴的加工难题，确保了超细长 轴加工的安全可靠，保证质量，并提高了生产效率。2

工艺路线、切削参数和刀具角度(1)工艺路线

收稿日期：2015-05-05作者简介：李银玉（1965—)，女，硕士，主要研究方向为机械设计和制造。E-mail:

wujingab@ aliyun. com。

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坯料采用圆钢棒料，在平台上校直；采用 CA6140车床加工，坯料一端插人床头卡盘内卡紧， 另一端插人尾座夹具体卡盘里卡紧；转动手轮，尾座 后移，拉紧工件坯料，锁紧尾座；开始加工，反向走 刀。粗加工刀尖略高于工件中心0.5 mm以下，精加 工刀尖等于工件中心。

(2)切削参数

选择合理的切削参数，对于保证零件加工质量和 提高刀具耐用度具有重要意义。切削参数包括切削速 度，背吃刀量和进给量，见表1。

表1切削参数切削速度/

麵参数， U

(m • min )90 〜100粗加工

110 〜120精加工

背吃刀

量/ mm1〜20.2 〜0.3

进给量/

(mm *r 1 )0.1 〜0.30.05 〜0.1

角Y。。增大前角可以使刀具更为锋利，减少切削变 形，并能使切削力和切削热降低，使切削顺利。粗车

采用Y〇=15。，精车采用y〇 = 20。。②主偏角^。该角 度是影响径向分力的主要因素，角度大切屑薄，反之 切屑厚。一般取75。~90。，此加工取85。。③刃倾角

As。该角度控制切屑方向，影响顶尖强度。一般在

-10。~+10。之间，此加工采用-4。。④后角a。该角 度减少主后面与工件的摩擦，防振。采用6。较好。3

结束语

采用拉伸定位代替顶尖顶压定位，克服了超细长 轴加工中刚性差的弊病，确保了产品质量，提高了生 产效率，安全可靠，大大提高生产效益。

选用合理的切削参数和刀具角度，进一步保障了 零件的精度和表面粗糙度。

该夹具结构简单，安装方便，加工中不需要找 正，操作方便。

参考文献：[1] 王先逵.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，

2006.[2] 孙丽媛.机械制造工艺[M].北京：冶金工业出版社，

2007.

(3)刀具及刀具角度

粗车刀具材质选用YT15，精车刀具材质选用 W18C4V。

加工超细长轴的刀具必须力小，以减少径向分 力，降低切削温度，同时刀具必须刀刃锋利，排屑流 畅，从而保证加工超细长轴达到技术要求，另外刀具 的几何角度的选择对加工超细长轴起重要作用：①前

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