淺談細(xì)長(zhǎng)軸車削加工

冀愛(ài)平

[摘? ? ? ? ? ?要]? 眾所周知，在機(jī)械加工里面，細(xì)長(zhǎng)軸車削加工是一種常見(jiàn)的加工方式，這種方式對(duì)技術(shù)的要求比較高，稍有不慎就可能出現(xiàn)問(wèn)題。探討細(xì)長(zhǎng)軸的車削加工的特點(diǎn)，匯總經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸車削加工的方法進(jìn)行總結(jié)，不斷優(yōu)化加工的技術(shù)，希望給大家提供一些參考，提高細(xì)長(zhǎng)軸車削加工的質(zhì)量。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 細(xì)長(zhǎng)軸;車削加工;特點(diǎn);方法

[中圖分類號(hào)]? TG51? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2019）06-0222-02

我們知道機(jī)械上使用的細(xì)長(zhǎng)軸非常關(guān)鍵，而在細(xì)長(zhǎng)軸加工的過(guò)程中，通常會(huì)使用車削加工。因?yàn)榧?xì)長(zhǎng)軸自身的特點(diǎn)，比如抗彎能力不強(qiáng)等，在細(xì)長(zhǎng)軸車削加工的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，由于這些因素的影響，工件可能會(huì)出現(xiàn)彎曲變形，導(dǎo)致工件和刀具之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性受到影響。如此一來(lái)，加工的工件精度不是很高，所以在細(xì)長(zhǎng)軸車削加工的時(shí)候要采用有效的方法，通過(guò)控制彎曲變形，增強(qiáng)加工的質(zhì)量，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

一、細(xì)長(zhǎng)軸車削加工的特點(diǎn)

工件的長(zhǎng)度和直徑的比值大于等于20的軸就是細(xì)長(zhǎng)軸。在機(jī)器上細(xì)長(zhǎng)軸是非常關(guān)鍵的零件，細(xì)長(zhǎng)軸能夠?qū)鲃?dòng)元件起到良好的抑制和支配作用，并且能夠讓機(jī)械運(yùn)動(dòng)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)傳遞的目的。但是細(xì)長(zhǎng)軸加工的技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較難，對(duì)工作的要求比較高。首先細(xì)長(zhǎng)軸加工的時(shí)候，對(duì)精度有很高的要求，其次因?yàn)榧?xì)長(zhǎng)軸本身的特點(diǎn)導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)軸的一些性質(zhì)難以得到滿足。細(xì)長(zhǎng)軸的振動(dòng)性比較大，剛性不足，這就在一定程度上給加工帶來(lái)了難度。細(xì)長(zhǎng)軸加工有自己的特點(diǎn)，從整體上來(lái)看，首先是細(xì)長(zhǎng)軸加工過(guò)程中散熱能力比較差，工件會(huì)受到切削熱的影響，細(xì)長(zhǎng)軸的軸向尺寸會(huì)變得很長(zhǎng)，如果軸到兩端是固定的，那么就會(huì)因?yàn)轫敿獗豢ㄋ阑蛘呤且驗(yàn)槭艿綌D壓而發(fā)生變形，這樣的情況下就很難再進(jìn)行加工了。另外，由于細(xì)長(zhǎng)軸本身的剛性不足，所以在加工的過(guò)程中就要對(duì)其長(zhǎng)軸進(jìn)行裝夾，但是這時(shí)候細(xì)長(zhǎng)軸受到了重力和切削力的作用，又會(huì)出現(xiàn)變形彎曲，產(chǎn)生了振動(dòng)的問(wèn)題。如此一來(lái)，加工得到的細(xì)長(zhǎng)軸表面不是很光滑，并且精度也不能夠達(dá)到相應(yīng)的要求。第三是細(xì)長(zhǎng)軸的軸向尺寸比較長(zhǎng)，實(shí)際加工細(xì)長(zhǎng)軸的過(guò)程中一次需要花費(fèi)很多時(shí)間，這也在一定程度上增加了操作的難度。第四是細(xì)長(zhǎng)軸加工的過(guò)程中會(huì)受到離心力的影響，工件在高速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)彎曲或者是震動(dòng)等情況，導(dǎo)致工件的精度難以控制。第五是工件的剛性比較差，達(dá)不到要求。通常情況下，細(xì)長(zhǎng)軸的長(zhǎng)徑比會(huì)大于25，這也是造成程序加工細(xì)長(zhǎng)軸鋼性差的原因。比如，對(duì)長(zhǎng)徑30且基體硬度在37-42HRC的中沉淀硬化不銹鋼細(xì)長(zhǎng)軸來(lái)說(shuō)，這個(gè)零件的剛性比較差，這樣在擴(kuò)容或者是粗加工的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)加工的硬化產(chǎn)生嚴(yán)重的變形，導(dǎo)致該零件不能夠達(dá)到圖紙的要求。

二、細(xì)長(zhǎng)軸車削加工工藝的問(wèn)題

在車削加工細(xì)長(zhǎng)軸的過(guò)程中，出現(xiàn)彎曲的原因主要有以下幾點(diǎn)。（1）程序加工的過(guò)程中會(huì)受到車削力的影響，出現(xiàn)變形。研究發(fā)現(xiàn)在細(xì)長(zhǎng)軸車削加工的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生兩種切削力，豎方向上的切削力和軸向上的切削力。在細(xì)長(zhǎng)軸持續(xù)加工作業(yè)的過(guò)程中，這兩個(gè)力會(huì)給細(xì)長(zhǎng)軸帶來(lái)不同的影響，導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)軸出現(xiàn)彎曲變形。細(xì)長(zhǎng)軸受到軸向切削力的影響，會(huì)導(dǎo)致平衡狀態(tài)發(fā)生改變。所以在加工的過(guò)程中對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸形成了一個(gè)力，在切削細(xì)長(zhǎng)軸中的過(guò)程中，豎向的彎曲變形造成的影響不是很大。但是在豎直方向會(huì)受到細(xì)長(zhǎng)軸本身的剛性和穩(wěn)定性的影響，如果切削細(xì)長(zhǎng)軸的過(guò)程中切削力過(guò)大，超出了一定的值，那么工件就會(huì)被壓彎，進(jìn)而產(chǎn)生縱向的彎曲變形。一般情況下，車削細(xì)長(zhǎng)軸的過(guò)程中，豎直方向上的切削力對(duì)工件產(chǎn)生的彎曲變形影響程度我們可以忽略不計(jì)。（2）在加工細(xì)長(zhǎng)軸的過(guò)程中，會(huì)受到切削熱的影響，在車削細(xì)長(zhǎng)軸的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生切削熱，進(jìn)一步導(dǎo)致了工件出現(xiàn)熱伸長(zhǎng)的問(wèn)題，另外，因?yàn)檐囅髯鳂I(yè)的時(shí)候卡盤和尾架頂端是固定不動(dòng)的，所以它們之間的距離不會(huì)發(fā)生改變，所以加工工藝應(yīng)該把怎樣增強(qiáng)細(xì)長(zhǎng)軸的精度作為目標(biāo)，這也就是要求我們?cè)诩庸さ倪^(guò)程中，通過(guò)控制工件的精度不斷完善工藝的系統(tǒng)受力，提高加工車削的效果。

三、細(xì)長(zhǎng)軸車削加工方法

（一）合理使用切削用量

細(xì)長(zhǎng)軸加工的時(shí)候，切削量是需要控制的一個(gè)指標(biāo)，所以在施工的過(guò)程中要選擇合理的切削量。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，可以從三個(gè)方面對(duì)切削量進(jìn)行控制。一是切削的深度，因?yàn)樵谇邢鞯倪^(guò)程中，深度越深，產(chǎn)生的切削熱也會(huì)逐步增大，這樣就導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)軸出現(xiàn)受熱變形，所以要降低切削的深度。二是要控制進(jìn)給量，在細(xì)長(zhǎng)軸切削的時(shí)候，隨著進(jìn)給量的逐步增加，切削的厚度也在增加，但是切削力并沒(méi)有按照正比例在增加，這樣的情況下就會(huì)對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸的受力變形系數(shù)帶來(lái)影響。所以在加工的過(guò)程中利用增加切削深度這種方式能夠很大程度上提高切削的效率，而增加進(jìn)給量是一個(gè)更有效的方式?，F(xiàn)在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，在很多領(lǐng)域應(yīng)用了數(shù)控技術(shù)，在模具制造以及航空航天領(lǐng)域，五軸加工被廣泛的應(yīng)用開(kāi)來(lái)。在這項(xiàng)技術(shù)中，自動(dòng)編程軟件發(fā)揮著重要的作用，在加工的時(shí)候毛坯殘留量的識(shí)別，刀具夾頭的干涉以及工裝夾具和排布刀具的識(shí)別等都需要自動(dòng)編程軟件去識(shí)別，這樣如果工作人員不能利用計(jì)算機(jī)來(lái)編程，那么在切削的時(shí)候，很難優(yōu)化解決的參數(shù)，導(dǎo)致加工軌跡不是很準(zhǔn)確。所以工作人員的經(jīng)驗(yàn)也很重要。在車削的過(guò)程中，要不斷摸索，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。三是要掌握好切削的速度，隨著切削深度的增加，切削的溫度也在增高，這樣摩擦力就逐漸變小了，所以適當(dāng)增強(qiáng)切削的速度能夠很大程度上減小切削力，從而降低細(xì)長(zhǎng)軸的受力變形。但是切削速度也并不是越大越好，需要控制在一定的范圍，因?yàn)榍邢魉俣忍叩脑?，也?huì)讓細(xì)長(zhǎng)軸在離心力的作用下出現(xiàn)彎曲變形，特別是對(duì)長(zhǎng)徑比較大的工件，切削速度一定要控制，不能太大，要適當(dāng)降低切削的速度。

（二）選取科學(xué)的裝夾方法

細(xì)長(zhǎng)軸車削加工的時(shí)候會(huì)使用很多裝夾的方法，每種方法都有自己的特點(diǎn)，所以要根據(jù)具體情況選擇合適的方法，這樣能夠保證加工的精度。工作人員在操作的過(guò)程中，要合理的選擇裝夾，達(dá)到事半功倍的效果。常用的方法主要有以下幾種

1.雙頂尖安裝法，這種方法能夠保證同心度，并且在加工的過(guò)程中操作非常方便，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確定位，所以在細(xì)長(zhǎng)軸車削加工的時(shí)候使用這種方法能夠取得很好的效果，這種方法也非常廣泛的使用開(kāi)來(lái)。但是這種方法也有自己的缺點(diǎn)，比如說(shuō)，剛性度比較低，這種方式受到了一定的限制。在使用這種方法的時(shí)候要注意兩點(diǎn)：一是要結(jié)合針孔和頂尖使用保證錐孔沒(méi)有殘留物質(zhì);二是要及時(shí)更換頂尖，必要的時(shí)候要添加潤(rùn)滑劑。

2.一夾一頂裝夾法，這種方法的穩(wěn)定性很高，而且操作的安全性能強(qiáng)。這種方式在競(jìng)爭(zhēng)力方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是在具體應(yīng)用的時(shí)候仍然要注意。首先是要合理控制頂尖的位置，頂尖的位置不能太緊，不能太松，不然就會(huì)把細(xì)長(zhǎng)軸頂彎。而且細(xì)長(zhǎng)軸熱擴(kuò)散性比較差。如果頂尖太緊，就會(huì)形成軸向的壓力，把細(xì)長(zhǎng)軸擠彎曲。遇到這樣的情況，我們要把彈性的活頂尖應(yīng)用在頂尖的位置。同時(shí)不能在相同軸向上的頂尖孔和卡抓加緊面，不然的話會(huì)形成車缺的半曲變形，一般情況下在細(xì)長(zhǎng)軸組合卡抓之間要墊上一個(gè)開(kāi)口的鋼絲繩。

3.雙刀切法。這種方式使用兩個(gè)相互抵消的力來(lái)把細(xì)長(zhǎng)軸的橫向受力較低，利用這種方式能夠很大程度上降低彎曲變形，提高加工的精度，所以這種方式經(jīng)常用在批量生產(chǎn)上。第四種方式是用跟刀架和中心架的方法，這樣的方法制作精細(xì)程度高，性比較差，容易出現(xiàn)彎曲變形，通過(guò)有效地縮短支撐點(diǎn)和欠缺作用點(diǎn)的距離來(lái)增強(qiáng)細(xì)長(zhǎng)軸的剛性。第五種方法是反向切削法。在車削的時(shí)候，從主軸的卡盤開(kāi)始向回夾的方向用力，這樣能夠形成軸向的切削力，保證細(xì)長(zhǎng)軸受拉，杜絕出現(xiàn)彎曲變形的現(xiàn)象。為了有效防止工件出現(xiàn)壓彎變形的現(xiàn)象，在使用反向切削的時(shí)候可以利用一個(gè)具有彈性的尾架頂尖，如此一來(lái)，可以把刀具到尾架之間的熱伸長(zhǎng)量和受壓變形給予補(bǔ)償。

（三）減少工件熱變形的伸長(zhǎng)概率

細(xì)長(zhǎng)軸車削加工的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)熱變形這種現(xiàn)象，這主要是因?yàn)楫a(chǎn)生了切削熱，在切削熱的制約下，工件通常情況下溫度升高，出現(xiàn)了伸長(zhǎng)變形。一般的軸類車削加工的過(guò)程中可以忽略熱變形，但是細(xì)長(zhǎng)軸的車削加工中就要考慮到熱變形的影響。因?yàn)榧?xì)長(zhǎng)軸的工件很長(zhǎng)，所以總的伸長(zhǎng)量會(huì)給加工的精度帶來(lái)影響，一定要進(jìn)行控制。我們可以應(yīng)用彈性回轉(zhuǎn)頂尖，在這種工具的輔助下細(xì)長(zhǎng)軸可以完善工件的熱變形伸長(zhǎng)，大大減少工件彎曲的概率，進(jìn)而保證車削加工工作的正常進(jìn)行。另外，我們也可以加注一定量的切削液，通過(guò)加入切削液能夠減少工件的熱變形伸長(zhǎng)。我們知道在細(xì)長(zhǎng)軸切削的時(shí)候，不管是速度快還是速度慢，溫度都會(huì)產(chǎn)生影響，溫度升高會(huì)導(dǎo)致熱變形，在這種情況下加入切削液能夠讓細(xì)長(zhǎng)軸完全冷卻下來(lái)，減少熱變形的概率。細(xì)長(zhǎng)軸車削加工的時(shí)候，使用切削液能夠在防止與刀架支承爪拉毛工件的時(shí)候有效保證車削的質(zhì)量，也能夠保護(hù)刀具。在車削的時(shí)候，我們也要確保刀具的鋒利，這樣能夠有效降低工件和車刀之間的摩擦，從而降低熱變形出現(xiàn)的概率。

（四）降低殘余應(yīng)力

在細(xì)長(zhǎng)軸車削的過(guò)程中，工件會(huì)受到各種各樣的影響，比如說(shuō)，熱處理及機(jī)械加工，原材料組織結(jié)構(gòu)等，導(dǎo)致產(chǎn)生了耐應(yīng)力，如果不采取有效的措施，那么后續(xù)加工的時(shí)候就會(huì)釋放出力，這樣工件就會(huì)變形，所以要采取措施降低加工過(guò)程中形成的殘余應(yīng)力。在加工的時(shí)候要合理采用半精加工以及精加工的方式把內(nèi)力釋放出來(lái)。同時(shí)也要在半精加工和精加工之間做無(wú)損檢測(cè)。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在細(xì)長(zhǎng)軸車削加工的時(shí)候，會(huì)受到很多限制，其中有工件本身的限制，也有切削力、殘余應(yīng)力等外界因素的影響，所以在具體加工的過(guò)程中，要合理地選擇切削的量，使用合適的裝夾方法，保證細(xì)長(zhǎng)軸加工的精度，提高工件加工的質(zhì)量。

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◎編輯 武生智