于志良

摘 要：細(xì)長軸屬于軸系零件，是機(jī)加工中常見的加工零件。在加工細(xì)長軸中由于長度與直徑比值太大，剛性差，因此在切削力作用下，如其他措施采取不當(dāng)，會(huì)造成細(xì)長軸在機(jī)加工過程中產(chǎn)生彎曲變形等加工缺陷，給生產(chǎn)帶來影響。

關(guān)鍵詞：細(xì)長軸;切削加工;加工缺陷分析;提高措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.007

1 細(xì)長軸零件概述

工件長度與直徑之比超過一定數(shù)值（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定為數(shù)值大于等于20）的軸類零件稱為細(xì)長軸。鐵路機(jī)車車輛零件中如傳動(dòng)軸、調(diào)整螺桿;機(jī)床光杠等都屬于細(xì)長軸。

細(xì)長軸車削的加工特點(diǎn)：

細(xì)長軸由于長度與直徑之比超過一定數(shù)值，因此抗彎曲能力差，剛性弱，車削時(shí)如果裝夾不當(dāng)，車刀幾何角度選擇不當(dāng)，并且不采取穩(wěn)定措施（如中心架、跟刀架等輔助設(shè)備），容易產(chǎn)生加工缺陷，導(dǎo)致加工質(zhì)量的降低。

2 細(xì)長軸車削加工中出現(xiàn)加工問題的分析

在車床上加工削細(xì)長軸常見的加工問題主要有：加工彎曲、竹節(jié)形、多邊形、錐度、表面粗糙度降低等。

（1）彎曲。產(chǎn)生彎曲的原因很多，主要有以下幾方面：

1）坯料自重和本身彎曲，應(yīng)該經(jīng)過矯直和熱處理然后再進(jìn)行加工;2）工件裝夾不良，尾座頂尖與工件中心孔頂?shù)倪^緊;3）刀尖與跟刀架支撐塊間距離過大。

（2）竹節(jié)形和多邊形。一夾一頂?shù)难b夾方式中，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)切削力，并且該力主要分為兩種類型，一種是徑向切削力，用Py表示，另外一種是軸向切削力，用Px表示，前者如果出現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致細(xì)長軸發(fā)生彎曲現(xiàn)象，致使在水平面的情況下發(fā)生變形，如果出現(xiàn)后者切削力，通常情況下，相關(guān)零部件不會(huì)受到影響，而因?yàn)榧?xì)長軸自身剛性比較差，因此，一旦軸向切削力達(dá)到相應(yīng)的程度，則容易導(dǎo)致細(xì)長軸發(fā)生彎曲現(xiàn)象。

1）在選擇刀具切削用量以及幾何參數(shù)時(shí)，容易發(fā)生選擇不合適情況，致使發(fā)生切削力超過一定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。2）在切削過程中出現(xiàn)熱變形情況，有關(guān)工件在受熱情況下甚至出現(xiàn)伸長等現(xiàn)象。

在實(shí)施車削時(shí)，往往尾架頂尖以及卡盤不會(huì)發(fā)生任何移動(dòng)，所以，尾架頂尖以及卡盤的位置不會(huì)發(fā)生變化，距離保持不變，因?yàn)榧词辜?xì)長軸受熱，則不會(huì)發(fā)生伸長量超過限制情況，但是容易受到軸向的負(fù)荷，致使出現(xiàn)變形彎曲等情況。

竹節(jié)形和多邊形的產(chǎn)生主要與跟刀架的應(yīng)用存在關(guān)聯(lián)性。跟刀架在應(yīng)用過程中一旦零件受到不適當(dāng)?shù)闹喂ぜ?fù)荷力，則容易導(dǎo)致加工精度受到影響。

如果該壓力幾乎為零，或者兩者之間不存在任何接觸，則不會(huì)產(chǎn)生任何作用，導(dǎo)致零件剛度不會(huì)提高，如果該壓力比較大，則零件在壓力作用下會(huì)朝著車刀推進(jìn)，致使切削的深度大幅度提高，車削直徑則往往非常小，如果與刀架同步推移，則小直徑外圓處會(huì)受到支撐塊的作用，導(dǎo)致工件與支撐塊之間發(fā)生脫離現(xiàn)象，導(dǎo)致工件外向發(fā)展，切削深度大幅度降低，車出的直徑逐漸擴(kuò)大啊，而跟刀架會(huì)順著大直徑圓移動(dòng)，車刀會(huì)受到工件的壓力，致使直徑大幅度降低，整個(gè)過程會(huì)呈現(xiàn)出一定規(guī)律，使得攻堅(jiān)最終變?yōu)橹窆?jié)形狀。

（3）錐度。尾座頂尖與主軸軸線對(duì)床身導(dǎo)軌的不平行和刀具的磨損是產(chǎn)生錐度的主要原因。

（4）表面粗糙度。表面粗糙度達(dá)不到工件的技術(shù)要求，是車削細(xì)長軸時(shí)的一個(gè)普遍問題，主要原因如下：1）車削時(shí)的振動(dòng);2）跟刀架支撐塊材料選用不當(dāng)，與工件接觸和摩擦不良，造成表面粗糙度降低;3）刀具幾何參數(shù)選擇不當(dāng)，造成表面粗糙度降低。

3 提高細(xì)長軸加工精度的措施

雖然車細(xì)長軸的難度較大，但它也有一定的規(guī)律性，主要抓住中心架和跟刀架的使用、解決工件熱變形伸長以及合理選擇車刀幾何形狀和切削用量等幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，問題就能解決。

（1）裝夾方法選擇。如果應(yīng)用的裝夾方法為雙頂尖樁夾，則安裝過程沒有存在任何錯(cuò)誤，并且能過有效定位工件的位置，實(shí)現(xiàn)同軸度的有效確定，在細(xì)長軸裝夾過程中，由于剛性問題，導(dǎo)致細(xì)長軸出現(xiàn)變形情況，同時(shí)容易出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。

（2）通過跟刀架和中心架防止出現(xiàn)細(xì)長軸變形現(xiàn)象。如果應(yīng)用的裝夾方式為一加一頂方法，則在細(xì)長軸車削時(shí)能過防止細(xì)長軸受到徑向切削力的影響，原有的方法在使用時(shí)會(huì)通過中心架和刀架來實(shí)施，即加入相應(yīng)的支撐件，從而為細(xì)長軸的剛度提供保障，避免細(xì)長軸受到徑向切削力的干擾。

（3）切削用量有效控制。1）切削深度（t）。在對(duì)工藝系統(tǒng)剛度進(jìn)行有效控制的基礎(chǔ)上，如果切削深度出現(xiàn)上漲趨勢(shì)，則相應(yīng)的切削熱以及切削力會(huì)隨之出現(xiàn)增加，所以，在細(xì)長軸車削過程中要有效避免切削深度出現(xiàn)減少情況。2）進(jìn)給量（f）。切削厚度會(huì)受到進(jìn)給量的影響，往往前者出現(xiàn)增加情況，則后者會(huì)隨之增大，但是兩者之間不是呈現(xiàn)出正比關(guān)系，對(duì)應(yīng)的受力變形系數(shù)出現(xiàn)降低情況，例如依照切削效率來分析，盡可能選擇增大進(jìn)給量，從而為切削質(zhì)量和效率提供保障。3）切削速度（v）。提高切削速度有利于降低切削力。

（4）選擇合理的刀具角度。1）前角（γ）。增大前角，可以使被切削金屬層的塑性變形程度減小，切削力明顯減小。增大前角可以降低切削力，所以在細(xì)長軸車削中，在保證車刀有足夠強(qiáng)度前提下，盡量使刀具的前角增大，前角一般取γ=15°～30°。2）主偏角（kr）。刀具的主偏角是影響徑向切削力的主要因素，隨著主偏角的增大，徑向切削力明顯減小，切向切削力在60°～90°時(shí)卻有所增大。在60°～75°范圍內(nèi)，3個(gè)切削分力的比例關(guān)系比較合理。在不影響刀具強(qiáng)度情況下，應(yīng)盡量增大車刀主偏角，一般采用大于60°的主偏角，取kr=80°～93°。3）刃傾角（λs）。刃傾角影響著車削過程中切屑的流向，隨著刃傾角的增大，徑向切削力明顯減小，但軸向切削力和切向切削力卻有所增大。選擇正刃傾角，取λs=3°使切削屑流向待加工表面，并在車刀前面磨出R11.5～3的斷屑槽，使切削順利卷曲折斷。

（5）采用反向進(jìn)給切削法。在車削長度與直徑比比較大的細(xì)長軸時(shí)，可采用反向進(jìn)給切削法，車刀從卡盤方向往尾座方向進(jìn)給。使工件受軸向拉力，能消除振動(dòng)，提高加工質(zhì)量。

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