細(xì)長軸車削工藝分析

摘 要：眾所周知，車細(xì)長軸是一種難度較大的加工工藝。雖然車細(xì)長軸的難度較大，但是也存在著一定的規(guī)律性，如果能抓住其中的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)提高細(xì)長軸加工精度、降低加工難度起到了決定性的作用，文章主要對(duì)細(xì)長軸車削工藝進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：細(xì)長軸；車削加工；彎曲變形；加工方法

中圖分類號(hào)：TG51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）20-0096-02

1 細(xì)長軸簡(jiǎn)要概述

工件的長度與直徑之比大于25（即L/D>25）的軸類零件統(tǒng)稱為細(xì)長軸。因?yàn)榧?xì)長軸剛性差、車削加工時(shí)因受切削力、切削熱和振動(dòng)等的作用與影響，非常容易產(chǎn)生變形，導(dǎo)致直線度、圓柱度等加工誤差出現(xiàn)，其在技術(shù)要求上很難達(dá)到圖樣上的形位精度和表面質(zhì)量，導(dǎo)致切削加工非常的困難。L/D值越大，會(huì)使車削加工越困難。在多重力度（切削力、重力、頂尖頂緊力）的作用下，對(duì)橫置的細(xì)長軸的影響是非常大的，很容易使其彎曲或是出現(xiàn)不夠平穩(wěn)的狀況。如何做好控制工藝系統(tǒng)的受力及受熱變形成為專業(yè)人士非常關(guān)注的問題之一，也成為提高細(xì)長軸的加工精度的關(guān)鍵之處。因此，我們有必要采取有效的能提高細(xì)長軸的加工精度的方法和必要的措施提高細(xì)長軸的剛性，只有這樣才可以得到良好的幾何精度和理想的表面粗糙度，對(duì)細(xì)長軸的加工工藝予以提高。

2 細(xì)長軸加工難度大的主要原因

車細(xì)長軸的難度較大，也成為機(jī)械加工中的一個(gè)難題，在加工過程中受機(jī)器設(shè)備、人員以及刀具的影響較大，多方面因素的影響會(huì)使細(xì)長軸加工精度出現(xiàn)浮動(dòng)。所以，在加工細(xì)長軸時(shí)，應(yīng)及時(shí)找出影響其工藝出現(xiàn)缺陷的各種因素，并采取適當(dāng)?shù)拇胧┯枰越鉀Q。

由于細(xì)長軸剛性差，在加工過程中受外力影響較大，例如切削力、夾緊力、重力和慣性力等都會(huì)對(duì)其造成影響，出現(xiàn)變形的狀況，從而使刀具和零件之間的位置產(chǎn)生偏差，降低了零件加工的精度。細(xì)長軸的長度對(duì)走刀的時(shí)間會(huì)造成一定的影響，同時(shí)也會(huì)加重刀具的磨損程度，會(huì)降低零件的幾何形狀制做的準(zhǔn)確度。由于細(xì)長軸的熱擴(kuò)散的性能不高，導(dǎo)致其在切削熱的作用下產(chǎn)生較大的線膨脹。如果軸的兩端為固定支承，就會(huì)呈現(xiàn)出由于工件的伸長而造成頂彎的狀況，因此會(huì)導(dǎo)致工件的形狀發(fā)生改變，達(dá)不到預(yù)期想要的效果。

3 車削引起細(xì)長軸彎曲變形的原因

3.1 切削力的原因

在細(xì)長軸的切削過程中，車削力對(duì)其的影響是很大的。切削力可分為軸向車削力和徑向切削力。這兩種車削力的影響產(chǎn)生的彎曲變形的程度也是不一樣的。主要有以下兩點(diǎn)：第一點(diǎn)，對(duì)徑向切削力的影響。徑向切削力是垂直作用在通過細(xì)長軸軸線水平平面內(nèi)的，但是由于細(xì)長軸的剛性較差以及硬度不夠的原因，徑向力會(huì)作用到細(xì)長軸上，使細(xì)長軸彎曲，使其在水平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形。第二點(diǎn)，對(duì)軸向切削力的影響。軸向切削力是平行作用在細(xì)長軸軸線方向上的，它對(duì)工件形成一個(gè)彎矩。由于細(xì)長軸的加工不同于一般的車削加工，它對(duì)車削力的要求極高，一旦超出規(guī)定的數(shù)值，會(huì)導(dǎo)致細(xì)長軸彎曲，而發(fā)生縱向變形。

3.2 切削熱的原因

車削熱的產(chǎn)生對(duì)工件的影響是：它在車削的加工過程中，由于車削產(chǎn)生的車削熱會(huì)對(duì)影響工件的加工效果，因而會(huì)導(dǎo)致其熱伸長。在車削的過程中，一些輔助工具的位置是固定不變的，例如，卡盤的位置是固定的，而尾架頂尖也是被固定住的，由于這兩者的位置是固定不變的，它們之間的距離也成為固定的距離。而細(xì)長軸在加工過程中，由于受熱導(dǎo)致軸向伸長量的變動(dòng)，會(huì)使其出現(xiàn)漸漸伸長的狀況，這樣的話很容易導(dǎo)致細(xì)長軸受到軸向擠壓，出現(xiàn)彎曲變形的狀況。根據(jù)以上的分析，可以得出這樣的結(jié)論，我們可以把提高細(xì)長軸加工精度的問題等同于控制工藝系統(tǒng)的受力及受熱變形的問題。

4 提高細(xì)長軸加工精度的幾點(diǎn)方法

隨著機(jī)械制造和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)細(xì)長軸的要求不僅僅停留在以往的水平上，而加工難度也在不斷增加，因此，若想保證細(xì)長軸的加工精度有必要采取一定的措施，減少變形彎曲的狀況發(fā)生，將圓度和圓柱度形狀的誤差降到最低。以下提出幾點(diǎn)提高細(xì)長軸加工精度的預(yù)防措施。

4.1 細(xì)長軸裝夾方式

一般軸類在機(jī)床裝夾中普遍采用的裝夾方式有兩種：一種是兩頂尖的裝夾方式，另一種則是一夾一頂?shù)难b夾方式。而對(duì)于細(xì)長軸的加工則不宜采用兩頂尖裝夾方式，細(xì)長軸的本身是具有一定的重力的，若使用兩頂尖裝夾，就會(huì)出現(xiàn)由于來自自身力的影響產(chǎn)生彎曲的狀況，出現(xiàn)中心孔與頂尖的接觸受到影響的情況，這種操作會(huì)導(dǎo)致在切削力的作用下將細(xì)長軸頂出，造成細(xì)長軸脫落。由此可見，在實(shí)際車削加工中最理想的選擇還是選用一夾一頂裝夾細(xì)長軸的方式。

4.2 輔助支撐的選擇

采用一夾一頂?shù)姆绞绞且环N比較好的選擇，它使細(xì)長軸的熱變伸長量不會(huì)受到控制，但由于切削力的作用會(huì)使細(xì)長軸發(fā)生徑向彎曲，而可以選用一些輔助工具減小切削力對(duì)細(xì)長軸造成的變形的狀況，這樣可以利用中心架或跟刀架加以支撐，通過這種方式來提高工件系統(tǒng)的剛性。

4.3 選擇合理的刀具角度

在車削過程中，為保證最佳的精度，減少細(xì)長軸彎曲變形，我們要將切削力控制在一定的范圍之內(nèi)，也就是說，車削力控制的越小離精確度越近。而對(duì)切削力影響比較大的因素有前角、主偏角和刃傾角。細(xì)長軸車刀要保證以下幾點(diǎn)要求：將切削力和徑向分力一定要控制在一定范圍內(nèi)，要保證刀刃鋒利的同時(shí)也要考慮刀具的壽命。以下對(duì)前角、主偏角以及刃傾角對(duì)車削過程中細(xì)長軸的影響進(jìn)行多角度的分析。

①前角（γ0）。對(duì)于前角的大小涉及影響的因素也是很多的，例如對(duì)切削力、切削溫度和切削功率的影響是比較直接的，調(diào)整前角的大小，增大前角對(duì)切削力的降低有一定的作用，所以在細(xì)長軸車削的過程中，在車刀的強(qiáng)度能保證的情況下，盡可能的增大刀具的前角，前角一般取γ0=150。

②主偏角（kr）。我們不能低估車刀主偏角kr對(duì)徑向力的影響，主偏角的大小對(duì)三個(gè)切削分力的大小有著直接的影響。與前角對(duì)切削力的影響類似，主偏角的增大對(duì)切削力的減小也起到一定的作用。

③刃傾角（λs）。傾角的影響比較大，關(guān)系著車削過程中切屑的流向、刀尖的強(qiáng)度及三個(gè)切削分力的比例關(guān)系。伴隨著刃傾角的增大，徑向切削力就會(huì)明顯減小，但是軸向切削力和切向切削力較之前有所增大。

4.4 改善切削受力的措施

切削加工過程中，相對(duì)剛度較高的軸類工件而言，軸向切削力對(duì)它們起不到任何作用的。而對(duì)于細(xì)長軸來說，在它的加工過程中，影響它的因素有很多種，而軸向力則是其中的一種，軸向力可將剛性差的細(xì)長軸頂彎。

因此，我們一般會(huì)選用反向切削法對(duì)細(xì)長軸加工進(jìn)行車削。反向車削法是使刀具沿車床導(dǎo)軌，由卡盤向尾座方向進(jìn)給。使用這種切削方式的好處很多，一方面解決了細(xì)長軸被軸向切削力頂彎的問題，另一方面也減小了由于徑向切削力作用而引起的切削變形問題。

4.5 補(bǔ)償熱一次形伸長量的措施

①準(zhǔn)確把握切削用量。選擇準(zhǔn)確的切削用量將會(huì)直接影響到切削力的大小，同時(shí)也會(huì)對(duì)引起的切削熱的多少有著重要的影響，也就是說對(duì)車削細(xì)長軸所造成的變形程度也是不同的。

②用彈性活動(dòng)頂尖補(bǔ)償。由于受切削熱作用使細(xì)長軸產(chǎn)生伸長，通過彈性活動(dòng)頂尖內(nèi)的碟形彈簧受到壓縮，而頂尖遇到彈簧自然而然會(huì)退后，從而避免了細(xì)長軸出現(xiàn)彎曲的狀況，使車削加工順利進(jìn)行。

③充分澆注切削液。車削細(xì)長軸時(shí)，由于切削產(chǎn)生的熱量較大，有必要在支撐爪與工件摩擦部位加入適量的冷卻油或者切削液，避免溫度過高對(duì)工件的精度造成影響。在切削區(qū)也應(yīng)大面積的澆注切削液，這樣可以防止過高的熱量傳導(dǎo)至工件，有效地抑制熱變形伸長量。

5 結(jié) 語

在對(duì)細(xì)長軸加工過程中，由于車細(xì)長軸的難度大，而且影響其精度的因素又比較多。我們有必要采用有效的措施和合理的操作方法排除影響細(xì)長軸精度的因素，有效的提高其加工精度。在加工過程中，操作人員一定隨時(shí)觀察操作過程中出現(xiàn)的異常情況，要注意多觀察、多聽、以便隨時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的問題，提高注意力，不斷完善細(xì)長軸的加工工藝水平。

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