1 引言

      在機械加工過程中，有很多零件長度與直徑之比（bǐ）大（dà）於25，通常把這類零件稱之為（wéi）細長（zhǎng）軸，如車（chē）床上的（de）絲（sī）杠、光（guāng）杠，調節閥中的閥杆等。由於細長軸剛性很差、車削加工時（shí）受（shòu）切削力、切（qiē）削熱和振動等的作用和影響，極易產生變形（xíng），出現直線度、圓柱度等超差，不易達到（dào）圖樣（yàng）上（shàng）的形位精度和表麵質（zhì）量等技術要求，使切削加工很困難。L/d值越大，車削加工（gōng）越困難（nán）。因此，車削細長軸的（de）關鍵技術是防止（zhǐ）加工中的彎曲變形，為此必須從夾（jiá）具、機床輔具、工藝（yì）方法（fǎ）、操作技術、刀具和切削用量（liàng）等方麵采取措施。

      2 車削細長軸的主要措施

      2.1 改進工件裝夾方法

      加工細（xì）長軸通常采用一夾一頂的裝夾方式。但是在該裝夾方式中，如果（guǒ）頂尖頂得太（tài）緊，除了可能將細長（zhǎng）軸頂彎外，還能阻礙車削時（shí）細長軸的受熱伸長，導致細長（zhǎng）軸受（shòu）到軸向擠壓而產（chǎn）生彎曲變（biàn）形。另外卡爪夾緊麵與頂尖孔可能不同軸，裝夾後（hòu）會產生過定位，也能導（dǎo）致細長軸產生彎曲變形.因此采用一（yī）夾一頂裝夾方式時，頂（dǐng）尖應采用彈性活頂尖，使細長軸（zhóu）受熱後可（kě）以自（zì）由伸長，減少其（qí）受熱彎曲（qǔ）變形；同時（shí）可在卡爪（zhǎo）與細長軸之間墊入一個（gè）開口鋼絲圈，以減少卡爪與細長軸的軸向接觸長度，消除安裝時的過定位，減少彎曲變形（xíng）。如圖1 所示。

      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（jiá）方式的改進

      2.2 采用跟刀架和（hé）中心架（jià）

      采用一夾一頂的裝（zhuāng）夾方式車削細長軸，為了減少徑向切削力對細長（zhǎng）軸彎（wān）曲變（biàn）形的影響（xiǎng），傳統上（shàng）采（cǎi）用跟刀架和中心架，相當（dāng）於在（zài）細長軸上增加（jiā）了一個（gè）支撐，增加了細長（zhǎng）軸的剛（gāng）度，可有（yǒu）效地減（jiǎn）少徑向切削力（lì）對細長軸的影響。跟刀架為車床的通用附件，它用來在刀具切削點（diǎn）附近支（zhī）承（chéng）工件並（bìng）與刀架溜板一起作縱向移動。跟刀架與工件接觸處的支承（chéng）一塊一般用耐磨的球墨鑄鐵或青銅製成，支承爪的圓弧，應在粗車後與（yǔ）外圓研（yán）配，以免擦傷工件，采用跟刀架能抵消（xiāo）加工時徑向切削分力和工件自重的影響，從而減少切削振動和（hé）工件變形，但必須注意仔細調（diào）整，使跟刀架的中心與機床頂針中心保持（chí）一致（zhì）。

      2.3 采用軸向拉夾法車削細長軸

      采用跟刀架和中心架，雖然能夠增加工件的剛度，基（jī）本消除（chú）徑向切削力對工件的影響。但還不能解（jiě）決軸向切削力把（bǎ）工件壓彎（wān）的問題（tí），特別是對於長（zhǎng）徑比較（jiào）大的細長軸，這種彎（wān）曲（qǔ）變（biàn）形更為（wéi）明顯。因此可以采用軸向拉夾法車削細長軸。軸向夾拉車削是指在（zài）車削細長軸（zhóu）過程中，細長軸的一端由（yóu）卡盤夾緊，另一端由專門設計的夾拉頭夾緊，夾拉頭給（gěi）細長軸施加軸向拉力，如圖2 所示。

圖2 軸向夾拉車削及力學模型

      在車削過（guò）程中，細長軸（zhóu）始終受到軸向拉力，解決了軸向切（qiē）削力把細長軸壓彎的問題。同（tóng）時在軸向拉力的作用下，會使細長軸由（yóu）於徑向切削（xuē）力引起的彎（wān）曲變形（xíng）程度減（jiǎn）小（xiǎo）；補償了因切削熱而（ér）產（chǎn）生的軸向伸長量，提高了細長（zhǎng）軸（zhóu）的剛性和（hé）加工精度。

      2.4 采用反（fǎn）向切削法車削細長軸

      反向（xiàng）切削法是指在細長軸的車削過程中，車刀由主軸卡盤開始向尾（wěi）架方向進給，如圖3 所示。

圖3 反向切削法加工及力（lì）學模（mó）型

      這樣在加工過程中產生的軸向切（qiē）削力使細長（zhǎng）軸受拉，消除（chú）了軸向切削力引（yǐn）起的彎曲變形。同時，采用彈性的尾（wěi）架頂尖，可以有效地補償刀具至尾架一段的工件（jiàn）的受壓變（biàn）形和熱伸長量，避免工件的壓彎變形。

      2.5 采（cǎi）用雙刀車削法

      采用雙刀車削細長軸改裝車床中（zhōng）溜板，增加後（hòu）刀（dāo）架，采用（yòng）前後兩把車刀同（tóng）時進行車削，如圖4 所示。

圖4 雙刀加工及力學模（mó）型

      兩把車（chē）刀，徑向相對（duì），前車刀正裝，後車刀反裝。兩把車刀車削時產生的徑向切削（xuē）力相互抵消。工件受力變（biàn）形和振動（dòng）小（xiǎo），加工精度高，適用於（yú）批量（liàng）生產。

      2.6 合理地控製切（qiē）削用量

      切（qiē）削用量選擇的是否合理，對切削（xuē）過程中（zhōng）產生的切削力的大小、切削熱的多少（shǎo）是不同（tóng）的。因此對車削細長軸時引（yǐn）起（qǐ）的變形也是不同的。

      （1） 切削深度（t）

      在（zài）工藝係統剛度（dù）確定的前提下，隨著切削深度的增大，車削時產生的切（qiē）削力、切削熱隨之增大，引（yǐn）起細長（zhǎng）軸（zhóu）的（de）受力、受熱變形也增大。因此在車削細長（zhǎng）軸（zhóu）時，應盡量減少切削深度。

      （2） 進給量（f）

      進給（gěi）量增大會使切削厚度增加，切削力增大。但切（qiē）削力不是按正比（bǐ）增（zēng）大，因此細長軸的受力變形係數有所下降.如（rú）果從提高切削（xuē）效率的角度來看，增大進給量比增大切削深度有（yǒu）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（zhe）切削速度的增大，切削溫度提高（gāo），刀具與工件之間的摩擦力減（jiǎn）小，細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（chū）現彎曲，破壞切削過程的平穩性，所以（yǐ）切削速度應控製（zhì）在一（yī）定範圍。對長徑比較大的工件，切削速度要適當（dāng）降低。

      車削（xuē）細長軸時，切削用量應（yīng）比普通軸類零件適當減小，用硬質合金車刀（dāo）粗車，可按表1 切削用量，精車時，用（yòng）硬質合金金車刀車削（xuē）φ20mm～φ40mm，長1000mm- 1500mm細長（zhǎng）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 選擇合理的刀具角度

      為了（le）減小車削細長軸（zhóu）產生的彎曲變（biàn）形，要求車削時產生的切削力越（yuè）小越好，而在刀具的幾何角度中，前角、主（zhǔ）偏（piān）角和刃傾角對切削力的影響最大。

      前角(γ) 其大小直接著影（yǐng）響切削力、切削溫度和切削功率.增大前（qián）角，可以使被切削金屬層的塑（sù）性變形程度（dù）減小，切削力明顯減小。

      增大前角可以降（jiàng）低切削力，所以在細長（zhǎng）軸車削中，在保證車刀有（yǒu）足夠強度前（qián）提下，盡量使刀具的前（qián）角增大，前角一般取γ=15°。

      主偏角(kr) 其大小影響（xiǎng）著（zhe）3 個切削分力的大小和比例關係。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°時卻有所增大。在60°～75°範圍內， 3 個切削分力的（de）比例關係比（bǐ）較合理。在車削細長軸時，一（yī）般采用大於60°的主（zhǔ）偏角。

      刃傾角(λs)傾角影響著車（chē）削過程中切屑的流向、刀尖的強度及3 個切削分力的比例關係。隨著刃傾角的增（zēng）大，徑向切削力明顯減小，但（dàn）軸向切削力和切（qiē）向切削力卻有所增大。刃傾角（jiǎo）在- 10°～+ 10°範圍內，3 個（gè）切削（xuē）分力的（de）比例關係比較合理。在車削細長軸時，常采用正刃傾角+3°～+10°，以使切屑流向待加工（gōng）表麵。為減少徑向（xiàng）切削力，宜選用較大主偏角；前刀麵應磨出R=1.5mm- 3mm 的斷屑槽，前角一般取γ=15°- 30°;刃傾角λs 取正（zhèng）值，使切屑流向待加工表（biǎo）麵；車刀表麵粗糙度值要小，並經常保持切削刃（rèn）鋒利。

      3 結論

      細長軸的車削加工是機械加工中比較常見的一種加工方式。由於細長軸剛（gāng）性差，車削時產生的受力、受熱變形較大，很難保（bǎo）證細長軸的加（jiā）工質量要求。通過采用合適的裝（zhuāng）夾方（fāng）式和（hé）先進的（de）加工方法，選擇合理的刀具角度和切（qiē）削用量等措施，可以保（bǎo）證細長軸的加工質量要求。