淺談車削細(xì)長(zhǎng)軸加工方法

摘要：當(dāng)前，軸類零部件被廣泛應(yīng)用在機(jī)器設(shè)備裝置中，軸類零件的加工質(zhì)量在一定程度上影響機(jī)器設(shè)備裝置裝配精度及日常使用情況。細(xì)長(zhǎng)軸雖然外形并不復(fù)雜，但由于其本身剛性差，所以就增加了車削加工難度。本文就細(xì)長(zhǎng)軸車削難點(diǎn)，淺談一下細(xì)長(zhǎng)軸的車削加工方法。

關(guān)鍵詞：細(xì)長(zhǎng)軸;剛性;切削熱

工件的長(zhǎng)度與直徑之比大于25的軸類零件稱為細(xì)長(zhǎng)軸。細(xì)長(zhǎng)軸長(zhǎng)徑比越大，剛性越差;車削時(shí)由于切削力、重力、切削熱等因素的影響，容易發(fā)生彎曲變形，產(chǎn)生振動(dòng)、錐度、腰鼓形和竹節(jié)形等缺陷，難以保證加工精度。

一、車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)易出現(xiàn)的問題

1.在切削過程中，工件受熱伸長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，甚至?xí)构ぜㄋ涝陧敿忾g而無法加工。

2.工件受切削力作用產(chǎn)生彎曲，從而引起振動(dòng)，影響工件的精度和表面粗糙度。

3.由于工件自重、變形、振動(dòng)，影響工件圓柱度和表面粗糙度。

4.工件高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力作用下，加劇工件彎曲與振動(dòng)。

二、車削加工前應(yīng)做好的準(zhǔn)備工作

1.機(jī)床的調(diào)整：細(xì)長(zhǎng)軸的加工過程需要使用床身導(dǎo)軌的全部或大部分，因此機(jī)床本身的精度對(duì)加工效率、質(zhì)量有著相當(dāng)重要的影響。由于機(jī)床導(dǎo)軌面磨損程度不同，因此首先要對(duì)機(jī)床做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整尾座中心，使之與車床主軸中心同軸，調(diào)整好床鞍、滑板相應(yīng)的間隙，使之松緊適當(dāng)。

2.跟刀架調(diào)整：跟刀架是加工細(xì)長(zhǎng)軸作輔助支撐的附件。常用的跟刀架有兩種，兩爪跟刀架和三爪跟刀架。為了在車削中使工件穩(wěn)定、不易產(chǎn)生振動(dòng)，選用三爪跟刀架。跟刀架中心必須與卡盤、尾座頂尖處于同一中心上，必要時(shí)先將跟刀架固定在床鞍上，再將內(nèi)孔車刀裝夾在卡盤上，使車刀轉(zhuǎn)動(dòng)，以床鞍作縱向進(jìn)給來車削支撐爪的支撐面，使三個(gè)支撐面構(gòu)成的圓的直徑基本等于工件支撐軸頸直徑。使用跟刀架時(shí)須使其支撐爪與工件的接觸壓力調(diào)整適當(dāng)，否則會(huì)影響加工精度，把工件車成“竹節(jié)形”或“腰鼓形”。

3.棒料的校直：對(duì)彎曲棒料應(yīng)校直，校直的棒料不僅可使車削余量均勻，避免或減小加工振動(dòng)，還可以減小切削后的表面殘余應(yīng)力，避免產(chǎn)生較大變形。校直后的棒料，其直線度誤差應(yīng)小于1mm，校直后還要進(jìn)行時(shí)效處理，以消除應(yīng)力。

三、加工過程中的變形問題

1.切削力導(dǎo)致變形

在車削過程中，產(chǎn)生的切削可以分解為軸向切削力Fx、徑向切削力Fy及切向切削力Fz，它們將使軸產(chǎn)生水平和縱向方向的彎曲。

2.切削熱產(chǎn)生的影響

車削加工產(chǎn)生的切削熱會(huì)引起工件熱伸長(zhǎng)變形，在車床上車削細(xì)長(zhǎng)軸采用的傳統(tǒng)裝夾方式主要有兩種：一種是細(xì)長(zhǎng)軸的一端用卡盤夾緊，另一端用車尾架尖支撐（一夾一頂）。

另一種是細(xì)長(zhǎng)軸的兩端均由頂尖支撐（雙頂尖）。由于在車削過程中，卡盤和尾架頂尖都是固定不動(dòng)的，這就使細(xì)長(zhǎng)軸受熱后的軸向伸長(zhǎng)量受限，導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)軸受到軸向擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。

3.跟刀架裝夾不當(dāng)引起的變形

車細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，由于使用跟刀架，若支撐爪與工件的接觸壓力調(diào)整不當(dāng)，在剛開始尾座端車削時(shí)，工件在尾座端由頂尖支撐，工件在此處很難發(fā)生變形，但車削一段距離且車刀遠(yuǎn)離頂尖后，工件剛性逐漸減弱，容易發(fā)生變形。此時(shí)若壓力過小，甚至沒有接觸，則不能起到增加剛性的作用;若壓力過大，使工件被頂向車刀，使切削深度增大，結(jié)果車出工件的直徑偏小。當(dāng)跟刀架的支撐爪跟隨車刀移動(dòng)到支撐刀已經(jīng)車小的外圓時(shí)，支撐爪與工件表面脫離接觸。這時(shí)由于徑向切削分力的作用，使工件向外讓開，使切削深度減小，于是車出工件的直徑會(huì)偏大。這樣周而復(fù)始有規(guī)律變化則把細(xì)長(zhǎng)工件車成“竹節(jié)”形。

支撐爪與工件表面接觸不一致（偏高或偏低于工件旋轉(zhuǎn)中心），支撐磨損而產(chǎn)生間隙。當(dāng)車刀車削到工件中間部位時(shí)，由于徑向切削力，使工件的軸線壓向車床回轉(zhuǎn)軸線的外側(cè)，發(fā)生彎曲變形，因而形成腰鼓形。

四、細(xì)長(zhǎng)軸加工過程中合理控制切削用量和減少熱變形方法

1.要求粗車時(shí)工件彎曲度不大于1mm;精車時(shí)工件彎曲度不大于0.2mm。

2.切削深度增加時(shí)，產(chǎn)生的切削力增加，切削熱增大。細(xì)長(zhǎng)軸受力時(shí)，因受熱而變形。所以細(xì)長(zhǎng)軸加工時(shí)，應(yīng)盡量減少切削深度。

3.切削速度要合理。中速粗車和低速精車的方法適用性強(qiáng)，對(duì)機(jī)床精度要求也不高，能大大提高加工效率。

4.使用彈性回轉(zhuǎn)頂尖來補(bǔ)償工件熱變形伸長(zhǎng)，加注充分乳化液進(jìn)行冷卻，刀具應(yīng)經(jīng)常保持銳利狀態(tài)來降低和減少工件的熱變形。

五、細(xì)長(zhǎng)軸加工時(shí)刀具的選擇

車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，由于工件剛性差，車刀的幾何形狀對(duì)減小作用在工件上的切削力，減小工件彎曲變形和振動(dòng)，減少切削熱的產(chǎn)生等均有明顯的影響。選擇時(shí)主要考慮如下幾點(diǎn);

1.車刀的主偏角是影響徑向切削力的主要因素，在不影響刀具強(qiáng)度的情況下，應(yīng)盡量增大車刀主偏角，主偏角選kr=80°～93°。

2.為了減小切削力和切削熱，應(yīng)選較大的前角，γ0=15°～30°，前刀面應(yīng)磨R1.5㎜～R3㎜圓弧形斷屑槽。

3.選擇正刃傾角，通常取λs=+3°～+10°，使切屑流向待加工表面，此外，車刀也容易切入工件，并可減小切削力。

4.為了減小徑向切削力，刀尖圓弧半徑應(yīng)磨的較?。é处?lt;0.3㎜），倒棱的寬度應(yīng)選小些，一般為0.5?，以減小切削時(shí)的振動(dòng)。

5.刀片材料應(yīng)選擇紅硬性和耐磨性好的硬質(zhì)合金（粗車選YT15、精車選YT30、YW1等）。

另外，在車刀安裝時(shí)，刀尖應(yīng)高于工件回轉(zhuǎn)中心0.2 mm～0.4mm，使車刀后面有輕微的接觸，以防止工件上下竄動(dòng)，從而減少工件的低頻振動(dòng)，增加切削過程的平穩(wěn)性。長(zhǎng)期的實(shí)踐證明這種車削效果非常好。

結(jié)束語(yǔ)

細(xì)長(zhǎng)軸加工工藝復(fù)雜，稍有疏忽就有可能出現(xiàn)問題。采用合理的措施，可使低剛度的細(xì)長(zhǎng)軸零件精度大大提高，簡(jiǎn)單易行，提高生產(chǎn)效率。精心準(zhǔn)備和調(diào)試，車刀切入工件后，迅速調(diào)整跟刀架與工件表面接觸，供給充足的冷卻液進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑，吸收切削產(chǎn)生的熱量。注意刀具與工件的摩擦情況，降低切削熱變形和刀具磨損，提高加工精度。細(xì)長(zhǎng)軸的熱擴(kuò)散差，熱量的增加使工件熱變形伸長(zhǎng)，加工過程中還應(yīng)注意調(diào)節(jié)頂尖的松緊程度，隨時(shí)注意支撐爪與工件表面接觸狀態(tài)和支撐爪的磨損情況，并視具體情況隨時(shí)作出相應(yīng)的調(diào)整。

車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，除了重視跟刀架的使用外，還應(yīng)避免工件熱變形的不利影響及掌握合理選擇車刀幾何形狀等關(guān)鍵技術(shù)。除了提供必要的工藝保證外，隨時(shí)注意眼看、耳聽、手摸，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決問題，來不斷提高細(xì)長(zhǎng)軸加工的工藝水平。

參考文獻(xiàn)

[1]車工工藝與技能訓(xùn)練 ?中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社

[2]車工（中級(jí)）機(jī)械工業(yè)出版社

作者簡(jiǎn)介：楊曉東，男（1971.3），漢族，籍貫：遼寧省葫蘆島市，?？?，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向：機(jī)械加工。