中南大学
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学生姓名：
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毕业设计（论文） 细长轴的加工工艺分析 层次： □本科□专科 [1**********]345 指导教师： 何 龙 技术职称： 讲 师 学习中心名称： 重庆学习中心
任 务 书
题目名称 细长轴的加工工艺分析 题目性质 √□真实题目 □虚拟题目
学生学号[1**********] 指导教师 谢孟珂 学生姓名 何 龙
专业名称 机电一体化 技术职称 讲 师 学生层次 高起专学习中心名称 重庆学习中心
2009年 2 月 26 日
论文的内容及要求
内容：介绍了一种在普通外圆磨床上高效磨削高精度、低粗糙度细长轴的新工艺，在磨削过程中随时都可知道切削力、挤压力的大小，这种工艺非常适用于长径比L/D≥50的细长轴、难加工材料和较硬材质的超精磨削。零件的工艺生成是从零件到毛坯的逆向推理，创成各个表面要素的加工链，通过对加工链的分析与重构，生成零件的机械加工工艺。对组合夹具在柔性制造系统中的应用现状做了简要介绍，重点讨论模具设计的发展方向和趋势，具体分析以及相关信息的处理等步骤的阐述主要讲述了细长轴的性质，技术参数，在加工中对它的一些影响因数。对细长轴影响的因数所做的措施等。对它在加工时变形的可能的相对措施。现代工作中如何加工细长轴，加工细长轴的一般适合的刀具加以介绍。
要求：工艺文件的创成这一环节涉及很多方面：加工方法的确定、加工顺序的确定、工艺尺寸链的计算、刀具和量具的选择、机床的选择、夹具的确定以及毛坯的设计。球墨铸铁曲轴毛坯铸造技术对于一个成功模具设计的毛坯来说是非常重要的。
对细长轴的运用及性质的了解，对细长轴的发展前途的趋势更了解。全面了解细长轴的工业价值。
毕业设计领导小组负责人： （签字）
2009年 2 月 28 日
毕业设计（论文）
成绩考核表
2、 论文评阅教师评语
4、 毕业设计领导小组推优评语
摘 要
高精度细长轴在精密机械设备和仪器仪表中使用很多。针对现有加工手段存在工序复杂.精度不易保证.加工效率低下等特点，提出了甚于自适应控制思想的高精度细长轴高效数控加工系统的解决方案。零件的工艺生成是从零件到毛坯的逆向推理，创成各个表面要素的加工链，通过对加工链的分析与重构，生成零件的机械加工工艺。对组合夹具在柔性制造系统中的应用现状做了简要介绍，重点讨论模具设计的发展方向和趋势，具体分析以及相关信息的处理等步骤的阐述其中，工艺文件的创成这一环节涉及很多方面：加工方法的确定、加工顺序的确定、工艺尺寸链的计算、刀具和量具的选择、机床的选择、夹具的确定以及毛坯的设计。采用该系统可以很方便高效地加工出各种高精度细长轴。在控制好数控随动支架的位移精度和检测系统的精度的前提下，还可以实现超高精度.超长细长轴的高效自动加工。如能实现检测元件测杆的自动开合状态，则可以方便地实现高精度细长阶梯轴的自动加工。
关键词：细长轴；高精度；在线自动测量 ；数控加工
Abstract
The high accuracy thin major axis uses very much in the precision machinery equipment and in the instrument measuring appliance.Is complex in view of the existing processing method existence working procedure. The precision not easy to guarantee. Processing efficiency low and so on characteristics, proposed really in the adaptive control thought high accuracy thin major axis highly effective numerical control processing system solution.The components craft production is from the components to the semifinished materials reversion inference, creates each superficial essential factor the processing chain, through to processes the chain the analysis and restructuring, the production components machine-finishing craft.Has made the brief introduction to the built-up jig in flexible manufacture system application present situation, with emphasis discusses the development direction and the tendency which the mold designs, concrete analysis as well as correlation information step among and so on processing elaborations, the technological document creates Cheng Zhei the link to involve very many aspects: Processing method determination, processing order determination, craft size chain computation, cutting tool and measuring instrument choice, engine bed choice, jig determination as well as semifinished materials design.Uses this system to be possible very conveniently highly effective to process each kind of high accuracy thin major axis.In controls the good numerical control follow-up support the displacement precision and under the examination system precision premise, but also may realize the superelevation precision. Ultra slab sided major axis highly effective automatic processing.If can realize the examination part measuring bar to open and close the condition automatically, then may conveniently realize the high accuracy tall and slender steps and ladders axis automatic processing.
Keywords; Slender shafts; High precision; Real time auto measure; Numerical control bracket; Process。
目 录
引 言 ................................................................... 1
第一章 细长轴的概念及技术参数 ........................................ 2
1.1细长轴的概念 .......................................................... 2
1.2细长轴的主要技术参数 .................................................. 2
第二章 细长轴变形的原因及措施 ........................................ 3
2.1 细长轴变形原因分析 .................................................... 3
2.2 控制细长轴变形的主要措施 ............................................. 3
第三章 细长轴的加工及影响加工的因数 ............................ 6
3.1 细长轴如何加工 ....................................................... 6
3.2 细长轴加工时因考虑 .................................................... 6
第四章 检测细长轴加工时误差 ........................................... 7
4.1自测量技术检测细长轴加工时的误差 ...................................... 7
第五章 热变形 ........................................................... 8
5.1减少工件的热变形伸长 .................................................. 8
5.2 减少工件的热变形主要可采取以下措施 .................................... 8
第六章 加工细长轴的工具及加工分析 .................................... 9
6.1削细长轴的车刀 ........................................................ 9
6.2 工艺及变形分析 ........................................................ 9 结 论 .................................................................. 10 致 谢 .................................................................. 11 参考文献 ................................................................. 12
引 言
细长轴的加工是车削中比较棘手的问题，原因是细长轴刚性差，在加工中极容易变形，使零件的误差增大，不易保证零件的加工质量。细长轴在机诫系统中运用比较广泛，一根轴的加工质量会直接影响到机器的正常运转。临钢在加工备件细长轴过程中，发现该轴的加工特点，零件的装夹，刀具的合理选用及切削用量等方面做一些探讨和分析。我们在实践中，经过不断摸索，采用各种车削装置：如三支承块跟刀架、弹性活络顶针、垫块、托架支承：车削中采用反向进给车削，配合以最佳的刀具几何参数、切削用量、等一系列有效措施。提高了超细长轴的刚性，满足了加工要求。使的加工的超细长轴效果良好，表面粗糙度达到Ra3.2以上，锥度误差在工件全长4m中仅0.04mm，椭圆度为0.01mm，弯曲度仅为0.15mm。且工效大大提高。
第一章 细长轴的概念及技术参数
1.1细长轴的概念
1.先介绍一下什么叫细长轴，通常轴的直径与长度之比大于7细叫长轴，大于即L/d≥25的轴称之为超细长轴。
2.细长轴刚性较差，在加工过程中因床及刀具事业者多因素等影响，工件易产生，弯曲腰鼓形，多角形，糖糊芦形等等缺陷，特别是磨削加工中一般尺寸占差，表面粗糙度又要求较高，又因磨削时工件一般要求谇火式调质等热处理要求，磨削时的切削热更容易引起工件变形等等，因此如何解决好上述的问题，便成了加工超细长轴关键问题。
1.2细长轴的主要技术参数
图1为细长轴零件图，尺寸及精度（mm）：φ20±0.05，φ25±0.05；形状精度要求：φ25外圆的圆柱度公差为0.05mm；位置精度要求：两φ20±0.0.5外圆的同轴度公差为0.03mm。
图1 细长轴零件图
第二章 细长轴变形的原因及措施
2.1 细长轴变形原因分析
在加工过程中，由于中间工艺过程控制不当而造成细长轴弯曲变形，虽然床的工作台上校正，但效果仍不理想，究其原因有以下几点：（1）切削中工件受热产生变形，甚至会使工件卡死在顶尖间而无法加工；（2）细长轴本身刚性差，工件受削力作用而弯曲，从而引起振动，影响工件精度和表面粗度；（3）工件高速旋转时，在离心力作用下，会加剧弯曲振动。因此，车削细长轴的关键技术是解决加工工件的弯曲变形问题。
2.2 控制细长轴变形的主要措施
1．加工前的准备工作
（1）校直工作
（2）加工前呸料必须进行校直
2. 工件装夹
（1）粗车时，采用一夹一顶装夹，并用中心、架辅助支承；精车时，采用两顶尖安装工件，并用跟到架辅助支承。
（2）在卡盘夹紧工件的卡爪面垫入Ø4×20mm钢丝，夹入长度为15～20mm，如图2-1所示，使工件与卡爪之间为线接触。
（3）在尾座装置弹性活络顶针，当工件发生弯曲变形或受热膨胀时，顶针能作一定的轴向位移。
图2-1 工件装夹
3. 跟到架，中心架的使用调整
跟带架固定在床鞍上，要求每个支承爪都能与轴保持相同的间隙，并能自由移动，使用时需对各支承爪与工件的间隙，并注油润滑。
中心架支承爪的圆弧要与工件外行圆弧等，在低速运转中，每个支承爪与外圆保持相同的微小间隙，并作自由移动，使用时注意注油润滑和调整。
4. 工件轴线与车床主轴相同与两顶尖装夹工件削轴类零件相同，工件轴线与车床主轴需同轴。
5．机床间隙调整
调整机床主轴全跳动量不大于0.01mm，床身导轨在水平面和垂直面不大于0.04mm。大.中.小滑板与导轨之间的间隙合适。
6 . 跟刀架结构
跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承爪，跟刀架可以跟随车刀移动，抵消径向切削时可以增加工件的刚度，减少变形。从而提高细长轴的形状精度和减小表面粗糙度。从跟刀架的设计原理来看，只需两只支承爪就可以了，因车刀给工件的切削抗力F'r，使工件贴住在跟刀架的两个支承爪上。但是实际使用时，工件本身有一个向下重力，以及工件不可避免的弯曲，因此，当车削时，工件往往因离心力瞬时离开支承爪、接触支承爪而产生振动。如果采用三只支承爪的跟刀架支承工件一面由车刀抵住，使工件上下、左右都不能移动，车削时稳定，不易产生振动。因此车超细长轴时一个非常关键的问题是要应用三个爪跟刀架，结构如图2所示。
图 2-2跟刀架
（1）为使跟刀架保持良好的刚性，配备有三只支承块(材料为QT60-2)，使其与工件研磨后紧密贴合。跟刀架支承块与工件表面接触不良，留有间隙，易造成工件中心偏离旋转中心，从而产生多边形。应合理选用跟刀架结构，正确修磨支承块弧面，使其与工件良好接触。切削运行时呈滑动配合，使工件保持在切削旋转轴线上。
（2）在调整和修磨跟刀架支承块后，如接刀不良，使第二次和第一次进给的径向尺寸不一致，引起工件全长上出现与支承块宽度一致的周期性直径变化，在切削中出现轻度竹节形。可通过调节上侧支承块的压紧力，使支承块与工件保持良好接触：通过调节中拖板手柄，改变切削浓度或减少车床大拖板和中拖板间的间隙：从而加以消除。
第三章 细长轴的加工及影响加工的因数
3.1 细长轴如何加工
细长轴的刚性较差为了控制弯曲变形一般加工细长轴的时候都采用跟刀架,加工的时候要对 跟刀架进行预磨损那样架子的脚的圆弧可以和工件加工的尺寸很好的吻合,架子支在工件上的力量最好是感觉用手拧的时候轻微的有一点点的吃劲就行千万不要支的过紧但也不能太松.要不工件很容易出现竹节.冷却液要跟上还有要注意顶尖顶的不要紧适当的时候在加工的过程中还要松一松,车刀的前角要锋利一些还要保证良好的断削或能排削!如果直径和长度的比例达到1比50 的话一般都是用反走刀的方法来加工的,就是由床头向床尾的方向走刀.那样加工过的地方所受的是拉力可以很好的减小震动.如果长度较长达到2.5米以上的话最好采用支脚是轴承的跟刀架那样支脚几乎是不磨损的可以很好的控制!长度和直径的比例太大的还可以把顶尖改装成卡盘式的!车削的时候反走刀,尾座在往后拽一些就可以很好控制震动的产生.还有转速不要过高特别是用普通的跟刀架的时候，那样架子会磨损的很快的，走刀量也不要过大特别是正走刀切削的时候。走刀量一般都要控制在15到30道那样！精车的时候还要减低。
3.2 细长轴加工时因考虑
1.材料，在条件允许的情况下，应选择刚性好，易切削的材料，或经过热处理在改变材料的组织性能。
2.刀具，选择刀尖圆弧小的刀具，以增加刀具的锋利度。
3.改变切削用量，适当的切削用量是加工的关键。让过积销瘤区和刀具的磨损区。
4.分开粗精车，在半精车的最后一刀和精车的量尽量保持一致。
5.选择合适的切削
第四章 检测细长轴加工时误差
4.1自测量技术检测细长轴加工时的误差
1、细长轴的高精度主要是轴外径和圆度指标，以往多依靠机床自身加工定位精度和辅助装置来保证，加工时机床数控系统所显示的加工数值仅仅是机床自身的运动精度而已，根本就不好似零件。
图4-1系统组成框图
2、由此为数控机床增加一套在先测量装置。针对细长轴的精度指标特点，利用检测元件对细长轴直径作自动电气接触式测量，并且测头可与刀具作随动保持。零件适时加工的尺寸被检测元件检测到后，通过信号采集和处理单元后传给数控系统，数控系统经处理后生成外径度数据，经与要求的轴加工数据进行比较后自动调整刀具的进给参数，以减小加工误差，适应加工精度要求。（图4-2）
图4-2 测量装置
第五章 热变形
5.1减少工件的热变形伸长
车削时，由于切削热的影响，使工件随温度升高而逐渐伸长变形，这就叫“热变形”。 在车削一般轴类时可不考虑热变形伸长问题，但是车削细长轴时，因为工件长，总 伸长量长，所以一定要考虑到热变形的影响。工件热变形伸长量可按下式计算。 △L=aL△t 式中 a—材料线膨胀系数，1/℃； L—工件的总长，mm； △t—工件升高的温度，℃。 常用材料的线膨胀系数，可查阅有关附录表。
例 车削直径为25mm，长度为1200mm的细长轴，材料为45钢，车削时因受 切削热的影响，使工件由原来的21℃上升到61℃，求这根细长轴的热变形伸长量。
解： 已知L=1200mm;△t=61℃-21℃=40℃;查表知，45钢的线膨胀系数a=11.59×10-6 1/℃
根据公式得：
△L=aL△t=11.59×10-6×1200×40=0.556mm
从上式计算可知，细长轴热变形伸长量是很大的。由于工件一端夹住，一端顶住，工件无法伸长，因此只能本身产生弯曲。细长轴一旦产生弯曲后，车削就很难进行。
5.2 减少工件的热变形主要可采取以下措施
1 、使用弹性回转顶尖 用弹性回转顶尖加工细长轴，可有较地补偿工件的热变形伸长，工件不易弯曲，车削可顺利进行。
2、加注充分的切削液 车削细长轴时，不论是低速切削还是高速切削，为了减少工件的温升而引起热变形，必须加注切液充分冷却。使用切削液还可以防止跟刀架支承爪拉毛工件，提高刀具的使用寿命和工件的加工质量。
3、刀具保持锐利 以减少车刀与工件的摩擦发热。
第六章 加工细长轴的工具及加工分析
6.1削细长轴的车刀
1、刀片材料为YT15硬质合金。
2、切削用量：粗车时，切削速度vc=50～60m/min；进给量f=0..3～0.4mm/r；切削深度ap=1.5～2mm。精车时，切削速度vc=60～100m/min；进给量 f=0.08～0.12mm/r ；切削深度ap=0.5～1mm.。
3、采用乳化液作切削液。
4、适用范围：适用于车削光杠、丝杆等细长轴。
6.2 工艺及变形分析
在车削细长轴时采用的传统装夹方式主要有两种：一种是细长轴的一端用卡盘夹紧，另一端用尾座顶尖支撑（一夹一顶）；另一种是细长轴的两端均由顶尖支撑（双顶尖）。在一夹一顶的装夹方式中，其力学模型如图6-1所示。
图6-1 一夹一顶装夹方式及力学模型
通过分析可以看出，车削波导电铸芯子等细长轴类零件引起弯曲变形的原因主要有：
在车削过程中，产生的切削力可以分解为轴向切削力PX、径向切削力PY及切向切削力PZ。径向切削力是垂直作用在通过细长轴轴线水平平面内的，由于细长轴的刚性较差，径向力将会把细长轴顶弯，使其在水平面内发生弯曲变形。轴向切削力是平行作用在细长轴轴线方向上的，它对工件形成一个弯矩。由于细长轴的刚性和稳定性较差，当轴向切削力超过一定数值时，将会把细长轴压弯而发生纵向弯曲变形。
结 论
本文阐述了细长轴的加工经验,从加工工具和工艺过程两个方面系统的分析了影响工件加工精度的主要因素,从消除加工过程中工艺系统误差角度分析了切削力的产生和分解,阐述了刀具几何角度。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求.据国外资料介绍，球墨铸铁曲轴采用圆角滚压工艺与离子氮化结合使用进行复合强化，国内部分家近几年也进行了这方面的实践，取得了良好的效果.制造技术的发展趋势。切削方法及切削用量与切削力之间的关系,论述了为消除过程中切削力对刀具几何角度,切削方法及切削用量选择的要求和加工过程中采取的工艺措施。
致 谢
该论文是在老师指导下完成的，导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！本论文的顺利完成我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关和帮助。
参考文献
1. 陈啸天 郭景仪主编. 《冲压模具技术手册》,北京出版社,1991.
2. 张孝培主编,《冲压设计资料》,机械工业出版社,1983.
3. 王永继,《D型铁壳抽引初步分析》,富士康内部刊物技术暨品质第5.6期专题论文,1999.
4. 黄成明.《模型设计高级篇》.北京：中铁道出版社，2001.
5. 吴俊海等..北京：中国铁道出版社，2002.
《模型设计实例演练篇》
中南大学
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毕业设计（论文） 细长轴的加工工艺分析 层次： □本科□专科 [1**********]345 指导教师： 何 龙 技术职称： 讲 师 学习中心名称： 重庆学习中心
任 务 书
题目名称 细长轴的加工工艺分析 题目性质 √□真实题目 □虚拟题目
学生学号[1**********] 指导教师 谢孟珂 学生姓名 何 龙
专业名称 机电一体化 技术职称 讲 师 学生层次 高起专学习中心名称 重庆学习中心
2009年 2 月 26 日
论文的内容及要求
内容：介绍了一种在普通外圆磨床上高效磨削高精度、低粗糙度细长轴的新工艺，在磨削过程中随时都可知道切削力、挤压力的大小，这种工艺非常适用于长径比L/D≥50的细长轴、难加工材料和较硬材质的超精磨削。零件的工艺生成是从零件到毛坯的逆向推理，创成各个表面要素的加工链，通过对加工链的分析与重构，生成零件的机械加工工艺。对组合夹具在柔性制造系统中的应用现状做了简要介绍，重点讨论模具设计的发展方向和趋势，具体分析以及相关信息的处理等步骤的阐述主要讲述了细长轴的性质，技术参数，在加工中对它的一些影响因数。对细长轴影响的因数所做的措施等。对它在加工时变形的可能的相对措施。现代工作中如何加工细长轴，加工细长轴的一般适合的刀具加以介绍。
要求：工艺文件的创成这一环节涉及很多方面：加工方法的确定、加工顺序的确定、工艺尺寸链的计算、刀具和量具的选择、机床的选择、夹具的确定以及毛坯的设计。球墨铸铁曲轴毛坯铸造技术对于一个成功模具设计的毛坯来说是非常重要的。
对细长轴的运用及性质的了解，对细长轴的发展前途的趋势更了解。全面了解细长轴的工业价值。
毕业设计领导小组负责人： （签字）
2009年 2 月 28 日
毕业设计（论文）
成绩考核表
2、 论文评阅教师评语
4、 毕业设计领导小组推优评语
摘 要
高精度细长轴在精密机械设备和仪器仪表中使用很多。针对现有加工手段存在工序复杂.精度不易保证.加工效率低下等特点，提出了甚于自适应控制思想的高精度细长轴高效数控加工系统的解决方案。零件的工艺生成是从零件到毛坯的逆向推理，创成各个表面要素的加工链，通过对加工链的分析与重构，生成零件的机械加工工艺。对组合夹具在柔性制造系统中的应用现状做了简要介绍，重点讨论模具设计的发展方向和趋势，具体分析以及相关信息的处理等步骤的阐述其中，工艺文件的创成这一环节涉及很多方面：加工方法的确定、加工顺序的确定、工艺尺寸链的计算、刀具和量具的选择、机床的选择、夹具的确定以及毛坯的设计。采用该系统可以很方便高效地加工出各种高精度细长轴。在控制好数控随动支架的位移精度和检测系统的精度的前提下，还可以实现超高精度.超长细长轴的高效自动加工。如能实现检测元件测杆的自动开合状态，则可以方便地实现高精度细长阶梯轴的自动加工。
关键词：细长轴；高精度；在线自动测量 ；数控加工
Abstract
The high accuracy thin major axis uses very much in the precision machinery equipment and in the instrument measuring appliance.Is complex in view of the existing processing method existence working procedure. The precision not easy to guarantee. Processing efficiency low and so on characteristics, proposed really in the adaptive control thought high accuracy thin major axis highly effective numerical control processing system solution.The components craft production is from the components to the semifinished materials reversion inference, creates each superficial essential factor the processing chain, through to processes the chain the analysis and restructuring, the production components machine-finishing craft.Has made the brief introduction to the built-up jig in flexible manufacture system application present situation, with emphasis discusses the development direction and the tendency which the mold designs, concrete analysis as well as correlation information step among and so on processing elaborations, the technological document creates Cheng Zhei the link to involve very many aspects: Processing method determination, processing order determination, craft size chain computation, cutting tool and measuring instrument choice, engine bed choice, jig determination as well as semifinished materials design.Uses this system to be possible very conveniently highly effective to process each kind of high accuracy thin major axis.In controls the good numerical control follow-up support the displacement precision and under the examination system precision premise, but also may realize the superelevation precision. Ultra slab sided major axis highly effective automatic processing.If can realize the examination part measuring bar to open and close the condition automatically, then may conveniently realize the high accuracy tall and slender steps and ladders axis automatic processing.
Keywords; Slender shafts; High precision; Real time auto measure; Numerical control bracket; Process。
目 录
引 言 ................................................................... 1
第一章 细长轴的概念及技术参数 ........................................ 2
1.1细长轴的概念 .......................................................... 2
1.2细长轴的主要技术参数 .................................................. 2
第二章 细长轴变形的原因及措施 ........................................ 3
2.1 细长轴变形原因分析 .................................................... 3
2.2 控制细长轴变形的主要措施 ............................................. 3
第三章 细长轴的加工及影响加工的因数 ............................ 6
3.1 细长轴如何加工 ....................................................... 6
3.2 细长轴加工时因考虑 .................................................... 6
第四章 检测细长轴加工时误差 ........................................... 7
4.1自测量技术检测细长轴加工时的误差 ...................................... 7
第五章 热变形 ........................................................... 8
5.1减少工件的热变形伸长 .................................................. 8
5.2 减少工件的热变形主要可采取以下措施 .................................... 8
第六章 加工细长轴的工具及加工分析 .................................... 9
6.1削细长轴的车刀 ........................................................ 9
6.2 工艺及变形分析 ........................................................ 9 结 论 .................................................................. 10 致 谢 .................................................................. 11 参考文献 ................................................................. 12
引 言
细长轴的加工是车削中比较棘手的问题，原因是细长轴刚性差，在加工中极容易变形，使零件的误差增大，不易保证零件的加工质量。细长轴在机诫系统中运用比较广泛，一根轴的加工质量会直接影响到机器的正常运转。临钢在加工备件细长轴过程中，发现该轴的加工特点，零件的装夹，刀具的合理选用及切削用量等方面做一些探讨和分析。我们在实践中，经过不断摸索，采用各种车削装置：如三支承块跟刀架、弹性活络顶针、垫块、托架支承：车削中采用反向进给车削，配合以最佳的刀具几何参数、切削用量、等一系列有效措施。提高了超细长轴的刚性，满足了加工要求。使的加工的超细长轴效果良好，表面粗糙度达到Ra3.2以上，锥度误差在工件全长4m中仅0.04mm，椭圆度为0.01mm，弯曲度仅为0.15mm。且工效大大提高。
第一章 细长轴的概念及技术参数
1.1细长轴的概念
1.先介绍一下什么叫细长轴，通常轴的直径与长度之比大于7细叫长轴，大于即L/d≥25的轴称之为超细长轴。
2.细长轴刚性较差，在加工过程中因床及刀具事业者多因素等影响，工件易产生，弯曲腰鼓形，多角形，糖糊芦形等等缺陷，特别是磨削加工中一般尺寸占差，表面粗糙度又要求较高，又因磨削时工件一般要求谇火式调质等热处理要求，磨削时的切削热更容易引起工件变形等等，因此如何解决好上述的问题，便成了加工超细长轴关键问题。
1.2细长轴的主要技术参数
图1为细长轴零件图，尺寸及精度（mm）：φ20±0.05，φ25±0.05；形状精度要求：φ25外圆的圆柱度公差为0.05mm；位置精度要求：两φ20±0.0.5外圆的同轴度公差为0.03mm。
图1 细长轴零件图
第二章 细长轴变形的原因及措施
2.1 细长轴变形原因分析
在加工过程中，由于中间工艺过程控制不当而造成细长轴弯曲变形，虽然床的工作台上校正，但效果仍不理想，究其原因有以下几点：（1）切削中工件受热产生变形，甚至会使工件卡死在顶尖间而无法加工；（2）细长轴本身刚性差，工件受削力作用而弯曲，从而引起振动，影响工件精度和表面粗度；（3）工件高速旋转时，在离心力作用下，会加剧弯曲振动。因此，车削细长轴的关键技术是解决加工工件的弯曲变形问题。
2.2 控制细长轴变形的主要措施
1．加工前的准备工作
（1）校直工作
（2）加工前呸料必须进行校直
2. 工件装夹
（1）粗车时，采用一夹一顶装夹，并用中心、架辅助支承；精车时，采用两顶尖安装工件，并用跟到架辅助支承。
（2）在卡盘夹紧工件的卡爪面垫入Ø4×20mm钢丝，夹入长度为15～20mm，如图2-1所示，使工件与卡爪之间为线接触。
（3）在尾座装置弹性活络顶针，当工件发生弯曲变形或受热膨胀时，顶针能作一定的轴向位移。
图2-1 工件装夹
3. 跟到架，中心架的使用调整
跟带架固定在床鞍上，要求每个支承爪都能与轴保持相同的间隙，并能自由移动，使用时需对各支承爪与工件的间隙，并注油润滑。
中心架支承爪的圆弧要与工件外行圆弧等，在低速运转中，每个支承爪与外圆保持相同的微小间隙，并作自由移动，使用时注意注油润滑和调整。
4. 工件轴线与车床主轴相同与两顶尖装夹工件削轴类零件相同，工件轴线与车床主轴需同轴。
5．机床间隙调整
调整机床主轴全跳动量不大于0.01mm，床身导轨在水平面和垂直面不大于0.04mm。大.中.小滑板与导轨之间的间隙合适。
6 . 跟刀架结构
跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承爪，跟刀架可以跟随车刀移动，抵消径向切削时可以增加工件的刚度，减少变形。从而提高细长轴的形状精度和减小表面粗糙度。从跟刀架的设计原理来看，只需两只支承爪就可以了，因车刀给工件的切削抗力F'r，使工件贴住在跟刀架的两个支承爪上。但是实际使用时，工件本身有一个向下重力，以及工件不可避免的弯曲，因此，当车削时，工件往往因离心力瞬时离开支承爪、接触支承爪而产生振动。如果采用三只支承爪的跟刀架支承工件一面由车刀抵住，使工件上下、左右都不能移动，车削时稳定，不易产生振动。因此车超细长轴时一个非常关键的问题是要应用三个爪跟刀架，结构如图2所示。
图 2-2跟刀架
（1）为使跟刀架保持良好的刚性，配备有三只支承块(材料为QT60-2)，使其与工件研磨后紧密贴合。跟刀架支承块与工件表面接触不良，留有间隙，易造成工件中心偏离旋转中心，从而产生多边形。应合理选用跟刀架结构，正确修磨支承块弧面，使其与工件良好接触。切削运行时呈滑动配合，使工件保持在切削旋转轴线上。
（2）在调整和修磨跟刀架支承块后，如接刀不良，使第二次和第一次进给的径向尺寸不一致，引起工件全长上出现与支承块宽度一致的周期性直径变化，在切削中出现轻度竹节形。可通过调节上侧支承块的压紧力，使支承块与工件保持良好接触：通过调节中拖板手柄，改变切削浓度或减少车床大拖板和中拖板间的间隙：从而加以消除。
第三章 细长轴的加工及影响加工的因数
3.1 细长轴如何加工
细长轴的刚性较差为了控制弯曲变形一般加工细长轴的时候都采用跟刀架,加工的时候要对 跟刀架进行预磨损那样架子的脚的圆弧可以和工件加工的尺寸很好的吻合,架子支在工件上的力量最好是感觉用手拧的时候轻微的有一点点的吃劲就行千万不要支的过紧但也不能太松.要不工件很容易出现竹节.冷却液要跟上还有要注意顶尖顶的不要紧适当的时候在加工的过程中还要松一松,车刀的前角要锋利一些还要保证良好的断削或能排削!如果直径和长度的比例达到1比50 的话一般都是用反走刀的方法来加工的,就是由床头向床尾的方向走刀.那样加工过的地方所受的是拉力可以很好的减小震动.如果长度较长达到2.5米以上的话最好采用支脚是轴承的跟刀架那样支脚几乎是不磨损的可以很好的控制!长度和直径的比例太大的还可以把顶尖改装成卡盘式的!车削的时候反走刀,尾座在往后拽一些就可以很好控制震动的产生.还有转速不要过高特别是用普通的跟刀架的时候，那样架子会磨损的很快的，走刀量也不要过大特别是正走刀切削的时候。走刀量一般都要控制在15到30道那样！精车的时候还要减低。
3.2 细长轴加工时因考虑
1.材料，在条件允许的情况下，应选择刚性好，易切削的材料，或经过热处理在改变材料的组织性能。
2.刀具，选择刀尖圆弧小的刀具，以增加刀具的锋利度。
3.改变切削用量，适当的切削用量是加工的关键。让过积销瘤区和刀具的磨损区。
4.分开粗精车，在半精车的最后一刀和精车的量尽量保持一致。
5.选择合适的切削
第四章 检测细长轴加工时误差
4.1自测量技术检测细长轴加工时的误差
1、细长轴的高精度主要是轴外径和圆度指标，以往多依靠机床自身加工定位精度和辅助装置来保证，加工时机床数控系统所显示的加工数值仅仅是机床自身的运动精度而已，根本就不好似零件。
图4-1系统组成框图
2、由此为数控机床增加一套在先测量装置。针对细长轴的精度指标特点，利用检测元件对细长轴直径作自动电气接触式测量，并且测头可与刀具作随动保持。零件适时加工的尺寸被检测元件检测到后，通过信号采集和处理单元后传给数控系统，数控系统经处理后生成外径度数据，经与要求的轴加工数据进行比较后自动调整刀具的进给参数，以减小加工误差，适应加工精度要求。（图4-2）
图4-2 测量装置
第五章 热变形
5.1减少工件的热变形伸长
车削时，由于切削热的影响，使工件随温度升高而逐渐伸长变形，这就叫“热变形”。 在车削一般轴类时可不考虑热变形伸长问题，但是车削细长轴时，因为工件长，总 伸长量长，所以一定要考虑到热变形的影响。工件热变形伸长量可按下式计算。 △L=aL△t 式中 a—材料线膨胀系数，1/℃； L—工件的总长，mm； △t—工件升高的温度，℃。 常用材料的线膨胀系数，可查阅有关附录表。
例 车削直径为25mm，长度为1200mm的细长轴，材料为45钢，车削时因受 切削热的影响，使工件由原来的21℃上升到61℃，求这根细长轴的热变形伸长量。
解： 已知L=1200mm;△t=61℃-21℃=40℃;查表知，45钢的线膨胀系数a=11.59×10-6 1/℃
根据公式得：
△L=aL△t=11.59×10-6×1200×40=0.556mm
从上式计算可知，细长轴热变形伸长量是很大的。由于工件一端夹住，一端顶住，工件无法伸长，因此只能本身产生弯曲。细长轴一旦产生弯曲后，车削就很难进行。
5.2 减少工件的热变形主要可采取以下措施
1 、使用弹性回转顶尖 用弹性回转顶尖加工细长轴，可有较地补偿工件的热变形伸长，工件不易弯曲，车削可顺利进行。
2、加注充分的切削液 车削细长轴时，不论是低速切削还是高速切削，为了减少工件的温升而引起热变形，必须加注切液充分冷却。使用切削液还可以防止跟刀架支承爪拉毛工件，提高刀具的使用寿命和工件的加工质量。
3、刀具保持锐利 以减少车刀与工件的摩擦发热。
第六章 加工细长轴的工具及加工分析
6.1削细长轴的车刀
1、刀片材料为YT15硬质合金。
2、切削用量：粗车时，切削速度vc=50～60m/min；进给量f=0..3～0.4mm/r；切削深度ap=1.5～2mm。精车时，切削速度vc=60～100m/min；进给量 f=0.08～0.12mm/r ；切削深度ap=0.5～1mm.。
3、采用乳化液作切削液。
4、适用范围：适用于车削光杠、丝杆等细长轴。
6.2 工艺及变形分析
在车削细长轴时采用的传统装夹方式主要有两种：一种是细长轴的一端用卡盘夹紧，另一端用尾座顶尖支撑（一夹一顶）；另一种是细长轴的两端均由顶尖支撑（双顶尖）。在一夹一顶的装夹方式中，其力学模型如图6-1所示。
图6-1 一夹一顶装夹方式及力学模型
通过分析可以看出，车削波导电铸芯子等细长轴类零件引起弯曲变形的原因主要有：
在车削过程中，产生的切削力可以分解为轴向切削力PX、径向切削力PY及切向切削力PZ。径向切削力是垂直作用在通过细长轴轴线水平平面内的，由于细长轴的刚性较差，径向力将会把细长轴顶弯，使其在水平面内发生弯曲变形。轴向切削力是平行作用在细长轴轴线方向上的，它对工件形成一个弯矩。由于细长轴的刚性和稳定性较差，当轴向切削力超过一定数值时，将会把细长轴压弯而发生纵向弯曲变形。
结 论
本文阐述了细长轴的加工经验,从加工工具和工艺过程两个方面系统的分析了影响工件加工精度的主要因素,从消除加工过程中工艺系统误差角度分析了切削力的产生和分解,阐述了刀具几何角度。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求.据国外资料介绍，球墨铸铁曲轴采用圆角滚压工艺与离子氮化结合使用进行复合强化，国内部分家近几年也进行了这方面的实践，取得了良好的效果.制造技术的发展趋势。切削方法及切削用量与切削力之间的关系,论述了为消除过程中切削力对刀具几何角度,切削方法及切削用量选择的要求和加工过程中采取的工艺措施。
致 谢
该论文是在老师指导下完成的，导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！本论文的顺利完成我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关和帮助。
参考文献
1. 陈啸天 郭景仪主编. 《冲压模具技术手册》,北京出版社,1991.
2. 张孝培主编,《冲压设计资料》,机械工业出版社,1983.
3. 王永继,《D型铁壳抽引初步分析》,富士康内部刊物技术暨品质第5.6期专题论文,1999.
4. 黄成明.《模型设计高级篇》.北京：中铁道出版社，2001.
5. 吴俊海等..北京：中国铁道出版社，2002.
《模型设计实例演练篇》