引言（yán）

      細長杆件在各（gè）類機械中應用甚廣，此類零件雖然結（jié）構簡（jiǎn）單（dān），但加工（gōng）難度卻相當大，一直被認（rèn）為是機械加工中的難題。隨著數控技術（shù）的不斷發展和普及應用，利用數控車床加工軸類零件無疑已成為最佳選擇。實（shí）踐表明，與普通（tōng）車床相比，數控車床具有主軸旋轉穩定、刀架穩定、進給速度平穩、錐度可調（diào）、軌（guǐ）道精度高、加工效（xiào）率高等優點（diǎn），但數控車床（chuáng）卻大多受（shòu）空間限製，無法安（ān）放中心架等附件（jiàn），不便於加工超出行程範圍的細長杆件。因而在很多（duō）情況下，大部分細長杆件的加工（gōng）還必須依賴於普通（tōng）車（chē）床。所以，要想順利加工出高質量的細長杆件，必（bì）須要在加工工藝上（shàng）進行規範和突（tū）破。

      １　細長杆件車削加工的特點

      細長杆件在高速車削過（guò）程中，因其剛性較差，又同時受到夾緊力、切削力、重力（lì）、慣性力和切削熱的綜合作用，極易導（dǎo）致彎曲變形，造成零件與刀具的相（xiàng）對運動失（shī）準，致使細長杆件（jiàn）在加工（gōng）後出現波（bō）紋、錐度、多（duō）棱（léng）、竹節、圓柱（zhù）度差和彎曲等加工缺陷；同（tóng）時，細長杆件的彎曲變形還會（huì）引起工藝係統振動，進而降低零件的加工精度和粗（cū）糙（cāo）度。

      １.１　受力變形

      細長杆車削受力分析如圖１所（suǒ）示。加工過程中，細長杆件所受的外力主要有切削力（軸向切削力Ｐｘ、徑向切削力Ｐｙ及切向（xiàng）切削力（lì）Ｐｚ）、自身重力Ｇ、旋轉產生的離心力、軸向頂力Ｆｘ，這些（xiē）力共同作用，導致杆件產生彎曲變形。杆件變形的最直接後果是產生振動，從而影（yǐng）響工件的圓柱（zhù）度和表麵粗糙度。一般來講，工（gōng）件（jiàn）彎曲越（yuè）大，車削時振動越大（dà），表麵質量精度也就越難保證。

      １.２　受熱變形

      細長杆件在車削時熱擴散（sàn）性差、線膨脹性大，由於車床主軸卡盤（pán）和尾架頂尖（jiān）之（zhī）間的距離（lí）固定不變，當工件的熱（rè）伸長達到一定值時，便會產生彎曲變形。細長（zhǎng）杆件熱變形伸長量ΔＬ（ｍｍ）的計算（suàn）公式為：

                                                        ΔＬ＝αＬΔｔ。

      其中：α 為（wéi）杆件材料熱膨脹係數，１／℃；Ｌ 為杆件的總長，ｍｍ；Δｔ為杆件升高的溫度，℃。

      由此可見，工藝係統的熱（rè）變形和受（shòu）力變形是影響細長杆件加工精度的兩大主（zhǔ）要因素，完全可以通過調整機床、應用加工輔具、選用合適刀具、控製切削用量等對其進行補（bǔ）救

      ２.防止和減小細（xì）長杆件加工變形的工藝措施

      ２.１　杆件加工前的校正

      細長杆件的毛坯一般為鍛造或拉伸件，在（zài）製造、儲運、下料、裝夾等過程中都會有各種應力和變形產生（shēng），尤其是彎曲，很容（róng）易（yì）對車削（xuē）質量造成影響。所以，細長杆件在（zài）加（jiā）工前都需要進行校正，亦稱找正。找正的目的主要是校直，以防因（yīn）加工餘量不均（jun1）勻而車不圓，或因彎曲離心力大而增加杆的彎曲度，造成（chéng）無（wú）法車削。校正的標準是：粗車時應保證工件加工餘量基本一（yī）致；半精車和精車時應保證待加工表麵（miàn）與（yǔ）已加工表麵相對位置符合要求。

      細長杆件的（de）校直一（yī）般選擇在車（chē）床上直接進行，此法比較方便、快捷。校直方（fāng）法有如下３種（zhǒng）：

      （１）凸點直擊法。此法適用於細而長（zhǎng）的杆件（jiàn）。低速旋轉工件，用粉（fěn）筆標記凸點。將一凹形鐵塊（或橡膠塊）墊靠（kào）於工（gōng）件凸點的背麵，用手錘擊打杆件凸點（diǎn），使其伸直。多次反複，輔以旋轉查看，可使工件校直。

      （２）凹麵延展法（fǎ）。此法適用於杆徑相（xiàng）對較大、杆長較長的細（xì）長杆。在杆件兩端鑽（zuàn）中心孔，以主軸頂尖和車床尾座頂尖共同支承。手動轉動工件，用粉筆標記凸點。將長木塊或鐵塊橫墊於車床導軌上（shàng），在杆件彎曲凸點處架以Ｖ 型或凹弧型螺紋千斤頂，稍過支承。手錘反複擊打杆（gǎn）件（jiàn）的凹麵（miàn），使凹麵材料延展，從而校直杆件。

      （３）拖板擠壓法。此法適用於杆長較短的細長。開動車床（chuáng）使（shǐ）工件旋轉，用一根長約300mm的木搭在中拖板和方刀台上，搖動中（zhōng）拖板（bǎn），使木棍壓向工彎曲部分。繼續移動中拖板，跟緊尾座頂尖，以防工脫出，待工件繼續旋轉幾秒鍾（zhōng），再將中拖板慢慢退，並適當鬆（sōng）退尾座（zuò）頂尖。反複多次，可使杆件校直。

      ２．２　杆件裝夾方（fāng）式（shì）選擇

      ２．２．１　采用雙頂尖（jiān）軸向裝夾

      在（zài）車床上車削細長杆，裝夾方式通常有兩種：一是“一（yī）夾一（yī）頂（dǐng）”，以卡盤夾住細長杆的左端（duān），用尾架頂尖頂住杆件的右端；二是“雙尖對頂”，細（xì）長杆件的兩端都以頂尖來支承（chéng）。一夾一頂裝夾方式的主要弊端是：①頂尖（jiān）頂得太緊，細長（zhǎng）杆容易受軸向擠壓而產生彎（wān）曲變形；②機床（chuáng）卡爪（zhǎo）夾緊時容易形成過定位，造成卡（kǎ）盤（pán）與頂尖不同軸。所以（yǐ），在隻能選擇一夾一（yī）頂的（de）情況下，可在細（xì）長杆件的左端套上一個開口鋼圈（寬度以10mm左右為宜），旨在縮減杆件與卡爪的軸向接觸長度，避免產生過定位。

      條件允許的情況下（xià），可（kě）以優先選擇雙尖對頂（dǐng）裝夾，以保證同軸度（dù）。但此裝夾存在剛性差（chà）、變形大、振動大的弊端，所以更適用於長徑比不太大、加工餘量比（bǐ）較小，且同軸（zhóu）度要求比較高的杆件（精加時優先選擇此法（fǎ））。

      ２.２.２　采用跟刀架（jià）和中心架

      使用跟（gēn）刀（dāo）架和（hé）中心架（jià）的目的是（shì）保證細長（zhǎng）杆件的形狀（zhuàng）精度，同時減小表（biǎo）麵粗糙（cāo）度。其基本原理是通過在細長杆中（zhōng）間增加支撐來提高其剛度，以防徑向切（qiē）削力對細長杆的加工產（chǎn）生影響。跟刀架（jià）的支承塊最好選用耐磨鑄鐵或（huò）鑄鋼，每（měi）車（chē）一（yī）刀之前，都應研磨一次支承（chéng）塊，以保證支承麵與工件表麵完全（quán）吻（wěn）合；其（qí）位置應當保持支承爪離車刀（dāo）３ｍｍ～４ｍｍ，如果過遠，容易在車削過程中產生振（zhèn）動。

      如果要使用中（zhōng）心架，可事先在工（gōng）件上車出承搭中心架的溝槽。如果細長杆的長徑比過大，溝槽不易車削，則可在細長杆上安裝一個過渡套筒（tǒng），使卡爪（zhǎo）隻跟（gēn）過渡套筒的外（wài）表麵接觸，而不直接接觸毛坯軸。過渡套筒的四周均勻分布３個或４個螺（luó）釘，調整螺釘的徑向距離，可以適度夾（jiá）緊毛坯杆件（jiàn），並使套筒外圓軸線與主軸軸線一致，從（cóng）而保證車削精度。

      ２．２．３　采用軸向拉夾法減小壓應（yīng）力

      中心架和跟刀架的（de）使（shǐ）用可以（yǐ）增加杆件（jiàn）剛度，減小徑（jìng）向切削（xuē）力對加工的危害。但軸向切削力壓彎杆件（尤其是長徑比較大杆件）的問（wèn）題卻並未（wèi）得（dé）到解決。所以，實際生（shēng）產中常用軸（zhóu）向拉夾的方法來消除杆件中的壓應力。一般由卡盤夾緊細長杆件的左端，而用專門設計的夾（jiá）拉頭夾緊（jǐn）其右（yòu）端，夾拉頭與（yǔ）卡盤反（fǎn）向施（shī）力，以保證細長杆（gǎn）在車削過程中始終隻受到軸向拉力，而不會被車刀的軸向切削力壓彎；而（ér）且，軸向拉力還能對因切削熱而導致的軸向伸長（zhǎng）進行適（shì）度補償，從而提高杆（gǎn）件的（de）剛性與加工精度。

      ２.３刀具及幾何參數的科學選擇

      切削力的大小主要由車刀的前角、主偏角和刃傾角來決定，所以這些（xiē）參數需要科學選擇。前角（jiǎo）的大小與切削（xuē）力、切削溫度和切削功率密切相關。前角增大，切削力減小，所（suǒ）以（yǐ），隻要不影響車刀的強度，應（yīng）該盡（jìn）量增大刀具的前角（jiǎo）。為使切屑能及時彎曲折斷、排（pái）出，同時保持前刀（dāo）麵的光潔與主刀刃的鋒利，刀具的前刀麵宜（yí）磨出相應的斷屑槽。

      切削力可以分（fèn）解為軸向切削力Ｐｘ、徑向（xiàng）切（qiē）削力Pｙ以（yǐ）及切向切削力Ｐｚ，主偏角的大小則與這３個力的大小（xiǎo）及相互比例密切相關。主偏角增大，徑向（xiàng）切削力Ｐｙ顯著減小，而（ér）切向切削（xuē）力Ｐｚ則略有增大。通常情況（kuàng）下，為使３個切削分力的比例關係相對合理（lǐ），主偏角的取值宜在６０°～７５°範圍內。

      刃傾角的（de）大小（xiǎo）決（jué）定著切屑的流向、刀（dāo）尖的強度，同時也影響著３個切削分力之間的比例關係。刃傾角增大，徑向切削力急劇減小，但對（duì）軸向切（qiē）削（xuē）力（lì）和（hé）切向切削（xuē）力的影響並不大，隻是略有增大（dà）。通常，刃傾角為－１０°～＋１０°，可使３個切（qiē）削分（fèn）力（lì）的比例關係相對（duì）合理。車削細長杆（gǎn）件的刀具幾何參數見表（biǎo）１。

      ２.４　合（hé）理選擇切削用量

      切削用量主要包括切削深度、進給量、切削速度，其大小不僅影響加工效率，更會（huì）對切削力、切削熱產生重大（dà）影響。因此，細長杆件車削中（zhōng）的切削用量選擇非（fēi）常重要。

      要保持工藝係統的剛度（dù）不（bú）變，切削深度與（yǔ）切削力、切削熱成正比。因此，要想減少力變形和熱（rè）變形，在車削細長杆件時應該（gāi）選（xuǎn）擇較小的切削深度。

      進給量與切削厚度（dù）成正比。進給量增大，切削力（lì）雖然（rán）也會跟著增大，但並不明顯（xiǎn），所以，從提高切削（xuē）效率的角度（dù）來（lái）看（kàn），增（zēng）大進給量比增大切削深度更有利。

      切（qiē）削（xuē）速度（dù）與切削力成反比。提高切（qiē）削速度，切削溫度隨之升高，刀具與工件之間的摩擦力則減小，細長杆（gǎn）的受力變形變小。但是，如果切削速度過高，又常（cháng）會使細長杆因離心（xīn）力而出現彎曲，，影響切削（xuē）過程的平穩。因此（cǐ），切削速度需要控製在適（shì）度範圍內。杆件的長徑比越大，切削速度（dù）越需適當降低。粗車細長杆件的切削用（yòng）量參考值見表２。

      ２.５　合理選擇切削液

      切削液（yè）在車削細長杆件過程中的（de）主要作用是冷卻和潤（rùn）滑（huá），因此，選擇切削液應盡可能做到（dào）兩者兼顧。一般宜選（xuǎn）用流量足的冷卻液潤滑，既冷（lěng）卻工件和跟刀架支承爪，又潤滑支承麵，減少工件表麵的摩擦，從而保證加工精度。細長杆（gǎn）在粗車時的加工餘量比較大，選用的切削深度和進給（gěi）量必然也較大，由此會加大切削阻力，並進一步產生（shēng）較多的切削熱，刀具因（yīn）此加（jiā）劇磨損，所以（yǐ），精車應當首先（xiān）考慮冷卻因素，適宜選擇具有一定（dìng）清洗（xǐ）、潤滑及防鏽功能的水（shuǐ）基切削液，及時地將切削熱帶（dài）走，以（yǐ）降低工件的切削溫度，從而提高刀具耐用度。精車（chē）細長杆時，切削餘量相對較小，切（qiē）削深度小，進給量小，切削力也（yě）小，杆（gǎn）件溫度不高，以采用高（gāo）濃度（質量（liàng）分數１０％以上）的乳化液和含（hán）油性添加劑的切削液為宜（yí）。

      ３. 細長杆加工中幾種常見的質量問題分（fèn）析

      由於（yú）細長杆類零件結構特殊，裝夾困難，運動穩定性較差，因此在車削中經常會出現（xiàn）各種（zhǒng）各（gè）樣的質量問題（tí）。全麵分（fèn）析這（zhè）些質量問（wèn）題產（chǎn）生的原因（yīn）、危害，研究製定相應的預防措施和對策，可以有效提高杆件（jiàn）的加工質量。表３為細長（zhǎng）杆件加工缺陷的原因分析及預防措施。

      ４　結語

      細長杆類零件的車削加工雖然難度（dù）較大，但它也有一定的（de）規律性，隻要我們能夠抓住裝夾方式選擇、中心架（jià）和（hé）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（xíng）狀（zhuàng）等關鍵技術，所有問題便都（dōu）能迎刃而解。