1 引言

      在機械加工（gōng）過（guò）程中，有很多零件長度與直徑之比大於25，通（tōng）常把這類零件稱之為細長軸，如車床上的絲杠、光杠（gàng），調節閥中的閥杆等。由（yóu）於細長軸剛性很差、車削加工時受切削力、切削熱和振動等的作（zuò）用和影響，極易產生變形（xíng），出現（xiàn）直線度、圓柱度等超差，不（bú）易達到圖樣上的形位精度和表麵質量等技術要求，使切削加工很困難。L/d值越大，車削加工越困難。因此，車削細長軸的關（guān）鍵技術是防止加工中的彎曲變形，為此必須從夾具、機床輔具、工（gōng）藝方法、操作技術、刀（dāo）具和切削用量等方麵（miàn）采取措施。

      2 車削細長軸的主要措施

      2.1 改進（jìn）工（gōng）件裝夾方法

      加工細長軸通常（cháng）采用一夾一頂的裝夾方式。但是在（zài）該裝夾方式中，如果頂尖頂得太緊，除了（le）可能將細長軸頂彎（wān）外，還能阻（zǔ）礙車削時細（xì）長軸的受熱伸長，導致細長軸受到軸向擠壓而產生彎曲變形。另外卡爪夾緊麵與頂尖孔可能不（bú）同軸（zhóu），裝夾後會產生過（guò）定位，也能導致細（xì）長軸產生彎曲（qǔ）變形（xíng）.因此采（cǎi）用一夾一頂裝夾方式時（shí），頂尖應采用彈性活頂尖，使細（xì）長軸受熱後可（kě）以自由伸長，減少其受（shòu）熱彎曲變形；同時可在卡爪與細長軸之間墊入一個開口鋼絲圈，以減少卡爪與細長軸的軸向（xiàng）接觸長度，消除（chú）安裝時的過定位，減少彎曲變形。如圖1 所（suǒ）示。

      Px—工件在軸向的受力；Pr—工件在徑向的受力

圖1 一夾一頂裝夾方式的改進

      2.2 采用跟刀架和中心（xīn）架

      采用一夾一頂（dǐng）的裝夾（jiá）方式車削細（xì）長軸，為了減少徑向（xiàng）切削力對（duì）細長軸彎曲變（biàn）形的影響，傳統（tǒng）上采用跟刀架和中心架，相當於在細（xì）長軸上增加了一個支撐，增加了（le）細長軸的剛度，可有效地減少（shǎo）徑向切削力對細長軸的影響。跟刀架為車床的（de）通（tōng）用附件，它用來在刀具切（qiē）削點（diǎn）附近支承（chéng）工件（jiàn）並與（yǔ）刀架溜板一起作（zuò）縱向移動。跟刀架與工件接觸（chù）處的支（zhī）承一塊一般用耐磨的球（qiú）墨鑄鐵或青（qīng）銅製成，支承爪的圓弧，應在粗車後與外圓研配（pèi），以免擦傷（shāng）工件，采用跟刀架能抵消（xiāo）加工（gōng）時徑（jìng）向切削（xuē）分力和工件自重的影響，從而（ér）減少切削振動和工（gōng）件變形，但必須注意仔（zǎi）細調整，使跟刀架的中心（xīn）與機床頂針中心保持一致。

      2.3 采用軸向拉夾法車削細長軸

      采用跟刀架和（hé）中心架，雖然能夠增加工件的剛度，基本消除徑向切削力對工（gōng）件（jiàn）的影響。但還不能（néng）解決軸向切削力把工件壓彎的問題，特別是對於長徑比較大的細（xì）長軸，這（zhè）種彎（wān）曲變形更為明顯。因此（cǐ）可以采用軸向拉夾法車削細長軸。軸（zhóu）向夾拉車削是指在車削細長軸過程中，細長軸的一端由卡盤夾緊（jǐn），另一端由專門設（shè）計的夾拉頭夾緊，夾拉頭給（gěi）細長軸施加（jiā）軸向拉力，如圖2 所示。

圖2 軸向夾拉車削（xuē）及力學模型

      在車削過程中，細長（zhǎng）軸始終受到（dào）軸向拉力，解決了（le）軸向切削力把細長軸壓彎的問題。同時（shí）在軸向拉（lā）力的作用下，會（huì）使細長軸由於徑向切削力（lì）引起的彎曲變形程度減小；補償了因切削熱而產（chǎn）生的軸向伸長量，提（tí）高了細長軸的剛（gāng）性和加工精度。

      2.4 采用反向切（qiē）削法車削細長軸

      反向切削法是指在（zài）細長（zhǎng）軸（zhóu）的車削過程中，車刀由主軸卡盤開始向尾架（jià）方（fāng）向進給，如圖3 所（suǒ）示。

圖3 反向切削法加工及力學模型

      這樣在加工過程中產生的軸（zhóu）向切削力使細（xì）長軸受拉，消除了軸向切削力引起的彎曲變形（xíng）。同時，采用彈性的尾架頂尖，可以有效地補償刀具至尾架一（yī）段的工件的受壓變形和熱伸長量，避免（miǎn）工件的壓彎變形。

      2.5 采用雙刀車削法

      采用雙刀車削細長軸改裝車床中溜板，增加（jiā）後（hòu）刀（dāo）架，采用前後兩把車刀同時進（jìn）行（háng）車（chē）削，如圖4 所示。

圖4 雙刀加工及力學模型

      兩（liǎng）把車刀（dāo），徑向相對，前車刀正裝，後車刀反裝。兩把車刀（dāo）車削時產生（shēng）的徑向切削力相互抵消。工件受力變形和（hé）振動小，加工精度高，適用（yòng）於批量生產。

      2.6 合理地（dì）控（kòng）製切（qiē）削用（yòng）量

      切削（xuē）用量選擇的是（shì）否合理，對切削過程（chéng）中（zhōng）產生的切削力的大小、切削（xuē）熱的多少是不（bú）同的（de）。因此（cǐ）對車削細長軸時引起的變形也是不同的。

      （1） 切削深度（dù）（t）

      在工藝係統剛度確定（dìng）的前提下，隨著切削深（shēn）度的增（zēng）大（dà），車削時（shí）產生的切（qiē）削力、切削熱隨之增大，引起細（xì）長軸的受力、受熱變形也增大。因此在車削細長（zhǎng）軸時，應盡量減少（shǎo）切削深度。

      （2） 進給量（f）

      進給量（liàng）增大（dà）會使（shǐ）切削厚（hòu）度增加（jiā），切削力增大（dà）。但切削力不是按正比增大，因此細長軸的受力變形係數有所下降.如果從提高切削（xuē）效率的（de）角度來看，增大進給量（liàng）比增大切削深度有利。

      （3） 切削速度（v）

      提高切削速度有利於降低切削力。這是因為，隨著切削速度（dù）的增大，切削溫度提高，刀具與工件之間的摩擦力減小，細（xì）長軸的受力變形減小。但切（qiē）削速度過高容易使細長軸在離心力作用下出現彎曲（qǔ），破壞切削（xuē）過程的平穩性，所以切削速度應控（kòng）製在一定範圍。對長徑比較大的工件，切（qiē）削（xuē）速度要適當降低。

      車（chē）削細長軸時，切削（xuē）用量應比普通（tōng）軸類零件適當減小，用硬質合金車刀粗（cū）車，可按表1 切削用量（liàng），精車（chē）時，用硬質合金金（jīn）車刀車削φ20mm～φ40mm，長1000mm- 1500mm細長軸時，可選用f=0.15- 0.25mm/r,t=0.2mm- 0.5mm,v=60m/s- 100m/s。

表1

      2.7 選擇合（hé）理的刀（dāo）具角度

      為（wéi）了減（jiǎn）小車削細長（zhǎng）軸產（chǎn）生的彎曲變形，要求車削時產生的切（qiē）削力越小越好，而在刀具的（de）幾何角度中，前角、主偏角和刃（rèn）傾角對切（qiē）削（xuē）力的影響最大。

      前（qián）角(γ) 其大小直接著（zhe）影（yǐng）響切削力、切削溫度和切削功（gōng）率.增（zēng）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（zēng）大前角可以降低切削力，所以在細長軸車削中，在保證車刀有（yǒu）足夠強度前提下，盡量使刀具的前角增（zēng）大，前角一般（bān）取（qǔ）γ=15°。

      主偏角(kr) 其大小影響著3 個切（qiē）削分力的大小（xiǎo）和比例關係（xì）。隨著主偏角的增大，徑向切削力明顯減小，切（qiē）向切削（xuē）力在60°～90°時（shí）卻有所增大。在（zài）60°～75°範圍內， 3 個（gè）切削分力的比例關係比較合（hé）理。在車削細長軸時（shí），一（yī）般采用大於60°的主（zhǔ）偏角。

      刃傾（qīng）角（jiǎo）(λs)傾角影響著車削過程中切屑（xiè）的流向、刀尖的（de）強度及3 個切削分（fèn）力的（de）比例關係。隨著刃傾角的增大，徑向切削（xuē）力（lì）明（míng）顯減小，但軸向切削力和切向切削力卻有（yǒu）所增大。刃傾角在- 10°～+ 10°範圍內，3 個切削分（fèn）力（lì）的比例關係比較合理。在車削細長軸時，常采用正刃（rèn）傾角+3°～+10°，以使切屑流向待加工表麵。為減少徑向切削力，宜選用較大主（zhǔ）偏角；前刀麵（miàn）應磨出R=1.5mm- 3mm 的斷屑（xiè）槽，前角一般取γ=15°- 30°;刃傾角λs 取正值，使切屑流向待加工（gōng）表麵；車刀表麵粗糙度值要小，並經常保持切削刃鋒利。

      3 結論

      細長軸（zhóu）的車削加工是機械（xiè）加工中比較常見的一種加工（gōng）方式。由於細（xì）長軸（zhóu）剛性差，車削時產生的受力、受熱變形較大，很難保證細長軸的加工質（zhì）量要求。通（tōng）過采用合適的裝夾方式和先進的加工方法，選擇合理的刀具角度和（hé）切削用量等措施，可以保證細長軸的（de）加工質量要求。