細(xì)長軸類零件的普通車床加工工藝探析

摘要：細(xì)長軸類零件因長細(xì)比較大、剛性差，在車削加工中因受切削力、切削熱以及振動等因素導(dǎo)致加工精度不高，本文分析了細(xì)長軸類零件變形的原因，然后對其加工工藝進(jìn)行了探析。

關(guān)鍵詞：細(xì)長軸;車床;變形;加工工藝

引言

軸類零件是機(jī)械中廣泛使用的零件，當(dāng)軸的長徑比大于或等于20-25時（即L/d≥20-25）稱為細(xì)長軸。由于細(xì)長軸的剛性差，在車削加工過程，當(dāng)受到振動、切削力、切削熱等因素的影響時，很容易發(fā)生變形，加工出來后呈現(xiàn)兩頭細(xì)，中間粗的“紡錘”形結(jié)構(gòu)，進(jìn)而難以保證加工精度。因此，細(xì)長軸類零件的加工是車工師傅們公認(rèn)的難題之一。

1細(xì)長軸類零件變形原因分析

1.1切削力的影響

細(xì)長軸類零件因長徑比大，因此其剛性差，在車削加工時，車削力可分解為沿橫截面方向的徑向分力，沿工件軸線方向的軸向分力，以及切向分力。其中徑向分力會對細(xì)長軸產(chǎn)生一個頂彎的力矩作用，使其在沿徑向發(fā)生水平彎曲;軸向分力沿工件軸線方向上施加壓力，當(dāng)超過一定值以后，同樣會使得細(xì)長軸發(fā)生彎曲變形。此外，工件在旋轉(zhuǎn)時，受自身重力和離心力的作用，也會發(fā)生變形和振動，進(jìn)一步對細(xì)長軸的精度與表面粗糙度產(chǎn)生影響。

1.2切削熱的影響

根據(jù)金屬的特性，零件在車刀切削時，會產(chǎn)生大量的切削熱。因細(xì)長散熱性能差，受切削熱的影響，細(xì)長軸在切削過程中會因溫度升高而產(chǎn)生變形而伸長。工件的熱變形伸長量用以下公式計(jì)算：

其中：為工件變形伸長量，為材料膨脹系數(shù)，為工件總長，為工件升高的溫度。從式子中不難看出工件越長，熱變形越厲害，當(dāng)采用兩頂尖的裝夾方式時，因工件尾端固定而沒有自由伸長量，所以會發(fā)生彎曲變形。

1.3車刀的影響

在車削細(xì)長軸時，車刀不鋒利或者車刀幾何角度不合適，會使得加工過程中產(chǎn)生積屑瘤，導(dǎo)致產(chǎn)生過多的熱量，從而影響細(xì)長軸的加工精度和質(zhì)量。

1.4切削時間長

因?yàn)榧?xì)長軸的軸線長度過長，在加工過程中，車刀軸向進(jìn)給時間長，會對刀具產(chǎn)生磨損，進(jìn)而影響精度。

2細(xì)長軸類零件加工工藝措施

細(xì)長軸的普通車加工時，要想保證加工精度，必須調(diào)整好機(jī)床，使得機(jī)床主軸中心和尾座中心嚴(yán)格對齊，即要使得尾座中心與主軸中心的連線與機(jī)床導(dǎo)軌平行。

2.1合理選用細(xì)長軸的裝夾方法

利用普通車床加工細(xì)長軸時，通常采用一夾一頂或者雙頂尖的方式裝夾。雙頂尖裝夾時，工件同軸度高，定位準(zhǔn)確，但工件穩(wěn)定性不好，旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生振動，適合長徑比較小的細(xì)長軸加工。采用一夾一頂?shù)姆绞窖b夾細(xì)長軸時，頂尖與工件不能頂?shù)奶o，且后頂尖多采用彈簧頂尖，這樣可為細(xì)長軸的軸向熱變形伸長提供彈性空間，從而減少熱變形。此外在一夾一頂裝夾方式時，為防止出現(xiàn)過定位現(xiàn)象，減少卡盤卡爪與工件的接觸面積，通常在卡爪部位加墊一開口鋼絲圈。因此，一夾一頂（頂尖采用彈性活頂尖）的裝夾方式是細(xì)長軸加工常用方式之一。

2.2選用輔助支撐

細(xì)長軸在切削過程中，為減少彎曲變形，選用合理的輔助支撐很有必要。常用的輔助支撐有中心架和跟刀架兩種，如圖1所示。采用中心架加工細(xì)長軸時，一般將中心架支撐在軸的中間部位，先車右端各外圓，調(diào)頭后同樣裝夾后再車另一端的外圓，這樣就相當(dāng)于將細(xì)長軸的長度減半，進(jìn)而降低了變形。跟刀架有兩個或三個支承爪，當(dāng)采用跟刀架加工細(xì)長軸時，跟刀架固定在大拖板側(cè)面上，隨刀架縱向運(yùn)動，緊跟在車刀后面起輔助支承作用，能夠抵消車削的徑向分力，從而降低變形。

2.3選用適當(dāng)?shù)毒?/p>

車刀的幾何角度和形狀對細(xì)長軸的加工也存在很大影響，在加工時，車刀的前角，主偏角以及車刀刃傾角會對車削力的大小產(chǎn)生影響。因此盡量選用耐磨的合金車刀，最好選用標(biāo)準(zhǔn)成型車刀，這樣一方面能很好的斷鐵屑，另一方面還能減小加工時的切削溫度和切削力。

2.4選擇適當(dāng)切削用量

我們都知道，在金屬切削加工中切削用量三要素對零件的精度和表面粗糙影響很大。因此，細(xì)長軸車削加工時，合理地選擇切削用量三要素能很好的控制加工過程中的切削力和切削熱，進(jìn)而間接地降低變形。一般情況下，背吃刀量越大，切削力和切削熱會越大;切削速度越大，切削力越小，但隨著切削速度的增大，工件的離心力也越大，因此在細(xì)長軸加工時，需要將切削用量三要素控制合理的范圍內(nèi)。

2.5反向走刀切削法

當(dāng)采用一夾一頂裝夾方式且尾部選用彈性活頂尖時，采用反向走刀的方式（即從車床床頭往床尾走刀）時，零件在軸向切削分力的作用下伸長，因尾座裝有彈性活頂尖，有一定的彈性余量，因此可有效避免細(xì)長軸因受切削力而發(fā)生彎曲變形。

2.6雙刀對刀切削法

雙刀對刀切削法是指對車床溜板箱進(jìn)行改裝，加裝后刀架，裝刀時，兩把車刀一個正裝，一個反裝，這樣兩把車刀徑向相對，可以讓車削時產(chǎn)生的徑向切削分力相互抵消，進(jìn)而降低彎曲變形和機(jī)械振動，提高加工精度。

除了上述六種工藝措施外，當(dāng)細(xì)長軸上具有螺紋、溝槽或鍵槽等其他特征時，選擇恰當(dāng)?shù)募庸すに囈彩鞘直匾?，能夠有效減小變形。

3結(jié)束語

細(xì)長軸類零件因其長徑比大，剛度低，車削時在車削力，車削熱以及振動作用下容易發(fā)生變形，難以保證加工精度。本文分析了變形原因，介紹了選取合理的裝夾、輔助支撐、選取適當(dāng)切削用量等加工工藝，可以有效地減少變形，提高加工質(zhì)量。

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作者簡介：李付君（1983—），男，工程碩士，講師，研究方向：機(jī)械制造及其自動化。

（作者單位：山東交通職業(yè)學(xué)院）