細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)削加工工藝

蔣 燦 李 震

（山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，濟(jì)南 250100）

細(xì)長(zhǎng)軸通常指長(zhǎng)短與直徑之比在20～25范圍內(nèi)的軸[1]。因?yàn)榧?xì)長(zhǎng)軸長(zhǎng)度和直徑比較大，導(dǎo)致其剛性較差，使得鑄件在切削加工過(guò)程中極易發(fā)生曲折變形和抖動(dòng)，機(jī)器加工的難點(diǎn)。

1 細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)削工藝特點(diǎn)

1.1 細(xì)長(zhǎng)軸剛性差

若在車(chē)削前細(xì)長(zhǎng)軸裝夾不妥，會(huì)在切削力和地心引力作用下發(fā)生彎曲變形，降低工精度，增大細(xì)長(zhǎng)軸外表面粗糙度。

1.2 精度較差

細(xì)長(zhǎng)軸加工尺寸越長(zhǎng)，走刀時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)，磨損刃刀就越厲害，從而影響器件精度。

1.3 細(xì)長(zhǎng)軸熱擴(kuò)散機(jī)能比較差

在切削熱作用下，會(huì)產(chǎn)生很大的線膨脹，如果軸的兩端采用牢固撐持，則會(huì)使工件變彎，變成“竹節(jié)”等形狀，或使頂尖卡死，無(wú)法正常加工[2]。

2 細(xì)長(zhǎng)軸加工中出現(xiàn)問(wèn)題

2.1 切削力導(dǎo)致變形

在車(chē)削加工工程中，產(chǎn)生切削力通?？煞只癁檩S向切削力FX，徑向切削力FY及切向切削力FZ，它們使細(xì)長(zhǎng)軸產(chǎn)生橫向和縱向方位彎曲[3]。

2.2 切削熱引起的變形

細(xì)長(zhǎng)軸在車(chē)削加工時(shí)會(huì)發(fā)生切削熱，致使工件熱伸長(zhǎng)。并在車(chē)削過(guò)程中產(chǎn)生大量切削熱，導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)軸伸長(zhǎng)，因?yàn)榭ūP(pán)和尾座頂尖時(shí)牢固不動(dòng)，二者間隔穩(wěn)定，致使細(xì)長(zhǎng)軸遭到擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。

3 提高細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)削加工品質(zhì)措施

3.1 加工細(xì)長(zhǎng)軸前工作

3.1.1 機(jī)床調(diào)整

使機(jī)床主光軸中心、尾座頂尖中間連線與導(dǎo)軌全長(zhǎng)平行。因?yàn)椴煌瑱C(jī)床導(dǎo)軌面磨損水平不一樣，因此在加工前應(yīng)先調(diào)整機(jī)床位置。

3.1.2 調(diào)整刀架

根據(jù)刀架的不同種類(lèi)，必須要使刀具中心與卡盤(pán)及尾座頂尖處在同一中心上。再次調(diào)整時(shí)，先調(diào)整后支撐爪，再將上下支撐爪調(diào)整好，讓其緩慢接觸工件。再將刀架牢固在車(chē)鞍上，放在車(chē)刀后，隨車(chē)刀挪動(dòng)，這樣不但可以抵消背向力，還可以增加細(xì)長(zhǎng)軸剛度與精確度，防止變形。

3.2 選擇合適裝夾方式

若細(xì)長(zhǎng)軸采取兩頂尖裝夾法，會(huì)使細(xì)長(zhǎng)軸在地心引力作用下會(huì)發(fā)生彎曲，造成頂尖和中間孔接觸不良，在切削力作用下掉落。為減少細(xì)長(zhǎng)軸曲折變形，故采取一夾一頂裝夾法，且頂尖采用彈性活頂尖。

3.3 刀具及輔助工具的選擇

對(duì)于普通車(chē)床上削細(xì)長(zhǎng)軸，為了提高品質(zhì)，應(yīng)從刀具和輔具方向采取措施。細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)刀通常要選擇耐磨的硬質(zhì)合金車(chē)刀，其刀刃必須研磨平直，一般主偏角在60°～70°，前角γ取15°，正刃傾角范圍在3°～10°，從而降低切削力，提高細(xì)長(zhǎng)軸表面質(zhì)量[4]。

為增強(qiáng)輔具剛性，防備在切削時(shí)產(chǎn)生曲折變形，車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸加工可采用跟刀架、頂尖、托架和中間架等輔具，選擇正確的輔具對(duì)提升切削加工都著重要作用。跟刀架是加工細(xì)長(zhǎng)軸必不可少的夾具，主要采用支柱爪軸線互成直角的三爪跟刀架，消除因徑向切削力。調(diào)整跟刀架時(shí)，要保證各爪對(duì)工件作用力相等，以防由于各爪作用力不均衡造成工件中心發(fā)生偏移，導(dǎo)致加工精度降低。

3.4 切削方法的優(yōu)化選擇

3.4.1 反向進(jìn)給法

此法可避免由FX引起壓彎,進(jìn)給方向由卡盤(pán)一端對(duì)準(zhǔn)尾座，此時(shí)軸向切削力FX作用于工件上，切削采用了可伸縮活頂尖，防止壓彎工件。

3.4.2 對(duì)刀切削法

使用對(duì)刀切削時(shí)，將前后兩個(gè)刀架裝固定在車(chē)床滑板上，前一個(gè)正裝一把車(chē)刀，后一個(gè)反裝一把車(chē)刀，用一個(gè)兩端螺旋偏向相反的絲杠帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)，使先后兩刀架可以同時(shí)進(jìn)刀和退刀。在加工過(guò)程中采用45°車(chē)刀分兩段調(diào)頭切削，讓兩刀徑向分力相互抵消，保證切削穩(wěn)定，減小加工誤差。

3.5 合理選擇切削用量

切削用量不同，會(huì)對(duì)切削過(guò)程中切削熱、切削力產(chǎn)生不同影響，在車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸加工時(shí)引起變形。在加工工藝系統(tǒng)剛度基礎(chǔ)上，隨著切削深度增加，會(huì)加大切削力與切削熱，同時(shí)還會(huì)增加細(xì)長(zhǎng)軸受熱變形與受力[5]。從提升切削效力角度考慮，進(jìn)給量增大會(huì)比切削深度增大更明顯，提升切削速度會(huì)降低切削力，隨著切削速度增大、切削溫度提升，刀具和工件之間的摩擦力會(huì)減少。但過(guò)快的切削速度也會(huì)使細(xì)長(zhǎng)軸在離心力作用下發(fā)生曲折，損壞其穩(wěn)定性，從而切削速度應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

細(xì)長(zhǎng)軸屬于軸類(lèi)器件中比較難加工的，因?yàn)槠鋭傂圆?，?chē)削發(fā)生極易發(fā)生受力變形，難以保證細(xì)長(zhǎng)軸加工質(zhì)量。但經(jīng)過(guò)正確裝夾。選擇合適刀輔及加工方式，能有效防止熱伸長(zhǎng)變形和振動(dòng)。筆者認(rèn)為以下幾點(diǎn)值得研究：

（1）研究高性能專(zhuān)用車(chē)削產(chǎn)品，提高刀具耐磨性和加工效力，減小切削力和刀具磨損量，從而提高修長(zhǎng)軸加工精度。

（2）利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，建立細(xì)長(zhǎng)軸加工動(dòng)態(tài)模型，研究應(yīng)力大小與切削熱傳導(dǎo)及變形之間的關(guān)系，采取相關(guān)工藝減小振動(dòng)和變形。

（3）建立細(xì)長(zhǎng)軸車(chē)削加工不同材質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，提升細(xì)長(zhǎng)軸加工效率。