細(xì)長(zhǎng)軸車削加工技術(shù)研究

苗遇農(nóng)

【摘 要】通過(guò)分析細(xì)長(zhǎng)軸的特點(diǎn)及細(xì)長(zhǎng)軸加工有可能出現(xiàn)的工藝問(wèn)題，找到改進(jìn)方法，給出解決問(wèn)題的具體方法。

【關(guān)鍵詞】細(xì)長(zhǎng)軸；變形；消除方法

長(zhǎng)度與之直徑比大于20～25（即L/d≥20～25）的軸稱之為細(xì)長(zhǎng)軸。在車削過(guò)程中橫置的細(xì)長(zhǎng)軸很容易彎曲甚至失穩(wěn)產(chǎn)生工藝系統(tǒng)振動(dòng)，影響零件的粗糙度。同時(shí)細(xì)長(zhǎng)軸的彎曲變形破壞了刀具和零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，使加工出來(lái)的細(xì)長(zhǎng)軸產(chǎn)生中間粗、兩頭細(xì)的形狀，嚴(yán)重影響零件的加工精度.致使工件的形位公差精度和表面粗糙度較難達(dá)到圖紙要求。

一、細(xì)長(zhǎng)軸的加工特點(diǎn)

（一）車削時(shí)產(chǎn)生的徑向切削力會(huì)使工件彎曲，引起振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度。

（二）工件的自重、變形和振動(dòng)，會(huì)影響工件圓柱度和表面粗糙度。

（三）工件高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力的作用下變形，加劇了工件的彎曲和振動(dòng)。

（四）產(chǎn)生的切削熱會(huì)導(dǎo)致工件軸向伸長(zhǎng)變形，使工件發(fā)生彎曲，影響加工質(zhì)量

二、車削細(xì)長(zhǎng)軸產(chǎn)生彎曲變形的因素分析

（一）切削力導(dǎo)致變形

在車削過(guò)程中，產(chǎn)生的切削力可以分解為軸向切削力、徑向切削力及切向切削力。不同的切削力對(duì)車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)產(chǎn)生彎曲變形的影響是不同的。軸向切削力是平行作用在細(xì)長(zhǎng)軸軸線方向上的，它對(duì)工件形成一個(gè)彎矩。由于細(xì)長(zhǎng)軸的剛性較差，其穩(wěn)定性也較差，當(dāng)軸向切削力超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，將會(huì)把細(xì)長(zhǎng)軸壓彎而發(fā)生縱向彎曲變形。徑向切削力是垂直作用在通過(guò)細(xì)長(zhǎng)軸軸線水平平面內(nèi)的，由于細(xì)長(zhǎng)軸的剛性較差，徑向力將會(huì)把細(xì)長(zhǎng)軸頂彎，使其在水平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形。

（二）切削熱產(chǎn)生的影響

加工產(chǎn)生的切削熱，會(huì)引起工件熱變形伸長(zhǎng)。由于在車削過(guò)程中，卡盤和尾架頂尖都是固定不動(dòng)的，因此兩者之間的距離也是固定不變的。這樣細(xì)長(zhǎng)軸受熱后的軸向伸長(zhǎng)量受到限制，導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)軸受到軸向擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。

因此可以看出，提高細(xì)長(zhǎng)軸的加工精度問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上就是控制工藝系統(tǒng)的受力及受熱變形的問(wèn)題。

三、提高細(xì)長(zhǎng)軸加工精度的措施

（一）加工前的準(zhǔn)備工作

機(jī)床調(diào)整：車床主軸與尾座兩中心線的連線與車床大導(dǎo)軌上下左右必須平行，允差應(yīng)小于0.02mm。

跟刀架調(diào)整：跟刀架在安裝好后必須進(jìn)行修整，修整的方法，可采用研、鉸、鏜等方法，使跟刀架爪與工件接觸的弧面R≥工件半徑，千萬(wàn)不可小于工件半徑，以防止多棱產(chǎn)生。

棒料的校直：對(duì)于精度要求高的零件要采用熱校直法校直棒料，不宜冷校直，忌錘擊。

（二）選擇合適的裝夾方法

1、雙頂尖法裝夾法

采用雙頂尖裝夾，工件定位準(zhǔn)確，容易保證同軸度。但用該方法裝夾細(xì)長(zhǎng)軸，其剛性較差，細(xì)長(zhǎng)軸彎曲變形較大，而且容易產(chǎn)生振動(dòng).因此只適宜于長(zhǎng)徑比不大、加工余量較小、同軸度要求較高、多臺(tái)階軸類零件的加工。

2、一夾一頂?shù)难b夾法

采用一夾一頂?shù)难b夾方式。頂尖應(yīng)采用彈性活頂尖，使細(xì)長(zhǎng)軸受熱后可以自由伸長(zhǎng)，減少其受熱彎曲變形；同時(shí)可在卡爪與細(xì)長(zhǎng)軸之間墊入一個(gè)開(kāi)口鋼絲圈，以減少卡爪與細(xì)長(zhǎng)軸的軸向接觸長(zhǎng)度，消除安裝時(shí)的過(guò)定位，減少?gòu)澢冃巍?/p>

3、雙刀切削法

采用雙刀車削細(xì)長(zhǎng)軸，改裝車床中溜板增加后刀架，采用前后兩把車刀同時(shí)進(jìn)行車削。兩把車刀，徑向相對(duì)，前車刀正裝，后車刀反裝。兩把車刀車削時(shí)產(chǎn)生的徑向切削力相互抵消。工件受力變形和振動(dòng)小，加工精度高，適用于批量生產(chǎn)。

4、采用跟刀架和中心架

采用一夾一頂?shù)难b夾方式車削細(xì)長(zhǎng)軸，為了減少?gòu)较蚯邢髁?duì)細(xì)長(zhǎng)軸彎曲變形的影響，傳統(tǒng)上采用跟刀架和中心架，相當(dāng)于在細(xì)長(zhǎng)軸上增加了一個(gè)支撐，增加了細(xì)長(zhǎng)軸的剛度，可有效地減少?gòu)较蚯邢髁?duì)細(xì)長(zhǎng)軸的影響。

5、采用反向切削法車削細(xì)長(zhǎng)軸

反向切削法是指在細(xì)長(zhǎng)軸的車削過(guò)程中，車刀由主軸卡盤開(kāi)始向尾架方向進(jìn)給.這樣在加工過(guò)程中產(chǎn)生的軸向切削力使細(xì)長(zhǎng)軸受拉，消除了軸向切削力引起的彎曲變形。同時(shí)，采用彈性的尾架頂尖，可以有效地補(bǔ)償?shù)毒咧廖布芤欢蔚墓ぜ氖軌鹤冃魏蜔嵘扉L(zhǎng)量，避免工件的壓彎變形。

（三）選擇合理的刀具角度

采用主偏角Κr = 75°～90°的偏刀，選擇正刃傾角，能夠減小徑向力和振動(dòng)，還可以使切屑流向待加工表面。保持切削刃口鋒利，前角控制在15°～30°之間，副后角控制在4°～6°之間，刀尖圓角半徑r<0.3mm。刀具安裝應(yīng)略高于車床主軸中心。

（四）合理地控制切削用量

切削用量選擇的是否合理，對(duì)切削過(guò)程中產(chǎn)生的切削力的大小、切削熱的多少是不同的。因此對(duì)車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)引起的變形也是不同的。

切削深度：在工藝系統(tǒng)剛度確定的前提下，隨著切削深度的增大，車削時(shí)產(chǎn)生的切削力、切削熱隨之增大，引起細(xì)長(zhǎng)軸的受力、受熱變形也增大。因此在車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，應(yīng)盡量減少切削深度。

進(jìn)給量：進(jìn)給量增大會(huì)使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此細(xì)長(zhǎng)軸的受力變形系數(shù)有所下降.如果從提高切削效率的角度來(lái)看，增大進(jìn)給量比增大切削深度有利。

切削速度：提高切削速度有利于降低切削力。這是因?yàn)?，隨著切削速度的增大，切削溫度提高，刀具與工件之間的摩擦力減小，細(xì)長(zhǎng)軸的受力變形減小。但切削速度過(guò)高容易使細(xì)長(zhǎng)軸在離心力作用下出現(xiàn)彎曲，破壞切削過(guò)程的平穩(wěn)性，所以切削速度應(yīng)控制在一定范圍。對(duì)長(zhǎng)徑比較大的工件，切削速度要適當(dāng)降低。

四、結(jié)論

車床加工細(xì)長(zhǎng)軸在機(jī)械加工中較為常見(jiàn)，由于其剛性差，加工時(shí)受切削力、切削熱等因素的影響，變形較大，很難保證細(xì)長(zhǎng)軸的加工質(zhì)量要求。通過(guò)采用合適的裝夾方式，采取合理的輔助支承和先進(jìn)的加工方法，同時(shí)選擇合理的刀具角度和切削用量，是能夠保證細(xì)長(zhǎng)軸的加工質(zhì)量要求的。

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