孫浩

摘要：在細(xì)長軸加工過程中，長度大于L/d>25mm的軸類部件，細(xì)長的軸很容易被切，并且在加工過程中其削力、重力和尖端的力量彎曲，很不穩(wěn)定。所以在削細(xì)而長的軸時(shí)，需要改善細(xì)長軸的力學(xué)問題。另外，由于刀具熱的原因，細(xì)長軸的加工容易變形，影響加工質(zhì)量。本文從幾個(gè)重要方面來分析影響細(xì)長軸加工質(zhì)量的要素，結(jié)合加工實(shí)踐，提出了相應(yīng)的改善措施。

關(guān)鍵詞：細(xì)長軸;加工;工藝;措施;因素

0? 引言

軸類部件是機(jī)械加工中常見的部件，通常把半徑20mm以上的軸類部件稱為細(xì)長軸，細(xì)長軸被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，如發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸、牽引張架、輕桿、車床的桿、衛(wèi)星天線桿等，此外還有很多紡織、造紙、印染機(jī)等領(lǐng)域中使用軸類部件。

細(xì)長軸類部件雖然形狀簡(jiǎn)單，但在切削機(jī)過程中由于其長度較長，在切削力的作用下會(huì)彎曲，破壞工件和刀的相對(duì)位置，導(dǎo)致加工后存在加大的誤差，因此細(xì)長軸的加工是機(jī)械加工的難點(diǎn)。

在加工細(xì)長軸類部件的過程中，解決上述問題主要是由操作人員積累的經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)操作人員的技術(shù)素質(zhì)要求很高，需要操作人員正確選擇機(jī)床和輔助工具、精確算出切削參數(shù)，如果選擇不好，會(huì)影響到零部件的加工精度。根據(jù)調(diào)查研究，對(duì)多個(gè)不合格的軸類部件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的加工方法生產(chǎn)效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、易發(fā)生廢品、增加加工成本，不符合現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。隨著科技的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)零部件的加工精度要求越來越高，對(duì)細(xì)長軸產(chǎn)品質(zhì)量的要求很高，不僅要求光滑，而且還對(duì)細(xì)長軸表面的防腐、耐磨性、抗疲勞性等都有較高的要求，因此如何提高細(xì)長軸的加工質(zhì)量，特別是細(xì)長軸的加工方式，成為擺在操作人員面前的一道難題。細(xì)長軸類部件廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，需求量非常大，為了適應(yīng)日益嚴(yán)格的加工要求，滿足現(xiàn)代生產(chǎn)需求，必須對(duì)傳統(tǒng)細(xì)長軸加工方法進(jìn)行創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)方法并進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)。

傳統(tǒng)的切削方式主要用于細(xì)長軸的加工階段，傳統(tǒng)切削方式不但容易在細(xì)長軸表面造成劃痕，而且生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)周期長、勞動(dòng)強(qiáng)度高、加工成本高，并且切削發(fā)生過多次數(shù)產(chǎn)生的切削熱使其在細(xì)長軸表面產(chǎn)生損傷，造成細(xì)長軸表面品質(zhì)遭到破壞，隨著損傷比例的增大，細(xì)長軸的強(qiáng)度會(huì)變得更低，如果切削過程中找不到正確的位置軸，并且由于采用切削力增加的作用，容易變形，對(duì)細(xì)長軸的加工會(huì)產(chǎn)生不可逆的影響。因此改革后的切削方法可以改善狹窄結(jié)構(gòu)，增加振動(dòng)和彎曲，提高加工精度，使用滾動(dòng)法不僅可以減少細(xì)長軸的應(yīng)力變化，還可以提高加工效率，改善細(xì)長軸的表面粗糙度，強(qiáng)化細(xì)長軸的表面品質(zhì)。

1? 工藝分析

1.1 加工細(xì)長軸的準(zhǔn)備工作

平衡主軸的中心線和車床尾部的中心線以及軌道的整體長度，每一個(gè)架子上都要根據(jù)導(dǎo)座的磨損程度，在加工前調(diào)整車床位置，根據(jù)刀架的框架，刀架的中心應(yīng)與框架的中心相同。先調(diào)整支撐工具，然后調(diào)整上下支撐工具，慢慢接觸部件，然后將刀架牢牢固定在鞍子上，將刀架放在后面，沿著刀架移動(dòng)，可以抵消反作用力，增加細(xì)長軸強(qiáng)度和提高細(xì)長軸精密度，可以防止變形。

1.2 選擇合適的裝夾方式

如果細(xì)長軸夾在兩個(gè)中心，那么細(xì)長軸會(huì)因重力作用而彎曲，中心和中間的孔不能接觸。為了減少細(xì)長軸的鋸齒形狀，采用一種固定方式，采用彈性頂尖并以彈性活動(dòng)中心。

1.3 刀具及輔助工具的選擇

為了提高細(xì)長軸的質(zhì)量，要在刀具的選擇和輔助刀的方向上采取措施，加工細(xì)長軸的刀一般采用耐磨性強(qiáng)的合金車刀，刀刃要磨直，一般情況下，主片角為60°-70°，前角為60°，前角為15°，正方角范圍為3°-10°，這樣可以減少切削力，提高細(xì)長軸的表面質(zhì)量。為了提高輔助切削刀的強(qiáng)度，在切削過程中防止鋸齒形變形，使用刀架、中心、支架、中間框架等輔助刀具可以削去細(xì)長軸的剩余部分，正確的輔助工具對(duì)于提高切削過程非常重要，刀架是加工細(xì)長軸必不可少的夾具。在此過程中我們還應(yīng)該注意防止工件各部分受到的力不均衡導(dǎo)致部件的中心移動(dòng)，防止加工精度的降低。

1.4 切削方法的優(yōu)化選擇

用對(duì)刀切削方式切時(shí)，后面的兩個(gè)刀架固定在車床上，前面的刀架上設(shè)置了一個(gè)刀架，然后一個(gè)刀架被反方向的拉桿帶動(dòng)，這兩個(gè)刀架可以同時(shí)前進(jìn)，在加工過程中，用45°限制兩個(gè)刀架的開合角度。還有一種切削方法是單刀切削，用兩刀的徑向和單刀的力量相抵消，保證了切削穩(wěn)定性，減少了加工誤差。

1.5 合理選擇切削用量

在切削過程中，不同的切削參數(shù)影響著切削熱和切削力，會(huì)導(dǎo)致加工細(xì)長軸時(shí)產(chǎn)生變形。隨著切削深度的增加、切削力和切削熱的增加，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致細(xì)長軸的熱變形和應(yīng)力增加。

從提高切削效率的角度來看，供給量的增加會(huì)比切削增加更明顯，切削速度的增加會(huì)降低切削力。另外，隨著切削速度和切削溫度的增加，切削機(jī)器和零部件之間的摩擦減少了，但是過快的切削速度會(huì)因離心力的作用而使得細(xì)長軸形成鋸齒狀，破壞穩(wěn)定性，因此切削速度要在合理的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

2? 影響因素

2.1 切削力的作用

機(jī)床加工過程中，切削力可分為軸向切削力、徑向切削力，根據(jù)切削力不同，對(duì)細(xì)長軸彎曲變形的影響也不同。在徑向切削力垂直通過細(xì)長軸的水平面時(shí)，由于細(xì)長軸的剛性較弱，半徑的力量可以彎曲細(xì)長軸，使水平面內(nèi)彎曲，將軸向切削力和細(xì)長軸平行，形成工件彎曲的力矩。力對(duì)部件的彎曲變形不明顯，所以可以忽略，但由于細(xì)長軸強(qiáng)度和穩(wěn)定性下降，因此當(dāng)剪切力超過一定值時(shí)，細(xì)長軸會(huì)發(fā)生軸向彎曲和徑向彎曲現(xiàn)象。

2.2 切削熱的作用

由于機(jī)床加工過程中會(huì)受到切削熱的影響，零件會(huì)隨著溫度升高而逐漸變長，被稱為“熱變形”。一般軸類部件的切削加工不考慮熱變形的影響，但在加工細(xì)長軸類零件時(shí)，作業(yè)槽由于細(xì)長軸比較長，必須考慮到熱變形的影響，加工過程中受到切削熱的影響細(xì)長軸一旦彎曲，就很難轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)車床加工細(xì)長軸時(shí)，由于車床的使用而支持部件的兩個(gè)支承塊對(duì)部件施加不正當(dāng)?shù)膲毫r(shí)，會(huì)使細(xì)長軸彎曲并進(jìn)一步影響加工的精度。如果壓力太小或不接觸，工件給切削機(jī)構(gòu)讓座，會(huì)增加切削直徑;如果壓力過大，部件壓在刀具上會(huì)導(dǎo)致增加切削深度，切削直徑變小，刀架運(yùn)動(dòng)會(huì)將支撐塊與小直徑外圓分離，這樣一來，細(xì)長軸就會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的、規(guī)律的變化，如“竹”形狀，難以進(jìn)行切削加工，很難獲得好的表面粗糙和幾何形狀。因此，細(xì)長軸的加工問題實(shí)際上是控制切削力和切削熱的問題。

3? 改進(jìn)措施

3.1 力具因素的改進(jìn)

刀具是影響細(xì)長軸加工的重要因素，因?yàn)榧?xì)長軸的長度很長，所以很難保證同軸的長度，為了保證軸左右兩側(cè)的相關(guān)部件是同軸的，建議操作人員采用“一夾一頂”的裝夾方式。如果軸的中部薄，用“夾層”的方法進(jìn)行定位。為了減少細(xì)長軸長度和切削力，為了探究細(xì)長軸的彎曲變形的原因，我們采用傳統(tǒng)的刀架和中心框架，這種方式增加了細(xì)長的軸強(qiáng)度，還增加切削力對(duì)細(xì)長軸的影響。為了使影響有效減小，表面處理的主要方法是滿足精密要求，采用粗精密的機(jī)床，保證軸與軸承的正常結(jié)合;也可選擇兩個(gè)車刀進(jìn)行加工，并選擇兩個(gè)車型進(jìn)行加工，前車刀前設(shè)，后車刀后置，產(chǎn)生兩個(gè)車刀的刀路方向使得切削力相互抵消，細(xì)長軸不易變形，加工精度高，適合批量生產(chǎn)。并且為了提高工藝系統(tǒng)的強(qiáng)度，細(xì)長的加工需要使用較高的切削速度、小的背吃刀量和進(jìn)給量的辦法。

3.2 熱因素改進(jìn)

采取下列措施，可以減少零件的熱變形。①用彈性車床加工細(xì)長軸可補(bǔ)償零件的熱變形，工件不易彎曲，切削可順利進(jìn)行。②為了減少零件溫度上升而產(chǎn)生的熱變化，必須充分冷卻切削液，因?yàn)槭褂美鋮s后的切削液可以防止工具對(duì)部件的協(xié)調(diào)，提高工具的使用壽命和部件的加工質(zhì)量。③為了降低切削熱，車刀可以選擇較大的前角。

3.3 切削用量選擇是否合理

在切削過程中，切削力和切削熱的大小不同，機(jī)床細(xì)長軸的變形也不同。隨著切削深度的增加，機(jī)床切削時(shí)產(chǎn)生的切削力和切削熱增加，增加了細(xì)長軸的應(yīng)力和熱變形，操作人員應(yīng)該最大限度地減少切削深度。從提高切削效率的角度來看，擴(kuò)大供給比例和切削深度能夠提高切削效率和切削速度并有利于降低切削力。因?yàn)榍邢魉俣群颓邢鳒囟壬撸毒吆筒考g的摩擦力減少，提高了細(xì)長軸的壓力變形的可能性，因此如果切削速度過高，在長鼓軸的離心力的作用下，會(huì)出現(xiàn)彎曲等現(xiàn)象破壞壞切削過程的穩(wěn)定性，所以切削速度必須在一定范圍內(nèi)進(jìn)行控制，長度較大的部件應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。

4? 結(jié)論

由于細(xì)長軸的特性，在且削時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力和熱變形的變化，很難保證細(xì)長軸的加工質(zhì)量，因此通過適當(dāng)?shù)膴A具和先進(jìn)的加工方法，可以保證細(xì)長的加工質(zhì)量。筆者認(rèn)為以下幾點(diǎn)值得研究：

①研究高性能專用切削產(chǎn)品，提高刀的耐磨性和加工效率，降低切削能力和刀的磨損度，提高細(xì)長軸的加工精度。

②利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)構(gòu)建了一種細(xì)長軸的動(dòng)力學(xué)模式，研究了應(yīng)力和切削熱的傳導(dǎo)及變形之間的關(guān)系。

③建立細(xì)長軸加工材料數(shù)據(jù)庫，提高細(xì)長軸加工效率。

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