細長軸車削工藝分析

摘 要：眾所周知，車細長軸是一種難度較大的加工工藝。雖然車細長軸的難度較大，但是也存在著一定的規律性，如果能抓住其中的關鍵技術，對提高細長軸加工精度、降低加工難度起到了決定性的作用，文章主要對細長軸車削工藝進行分析。

關鍵詞：細長軸；車削加工；彎曲變形；加工方法

中圖分類號：TG51 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）20-0096-02

1 細長軸簡要概述

工件的長度與直徑之比大于25（即L/D>25）的軸類零件統稱為細長軸。因為細長軸剛性差、車削加工時因受切削力、切削熱和振動等的作用與影響，非常容易產生變形，導致直線度、圓柱度等加工誤差出現，其在技術要求上很難達到圖樣上的形位精度和表面質量，導致切削加工非常的困難。L/D值越大，會使車削加工越困難。在多重力度（切削力、重力、頂尖頂緊力）的作用下，對橫置的細長軸的影響是非常大的，很容易使其彎曲或是出現不夠平穩的狀況。如何做好控制工藝系統的受力及受熱變形成為專業人士非常關注的問題之一，也成為提高細長軸的加工精度的關鍵之處。因此，我們有必要采取有效的能提高細長軸的加工精度的方法和必要的措施提高細長軸的剛性，只有這樣才可以得到良好的幾何精度和理想的表面粗糙度，對細長軸的加工工藝予以提高。

2 細長軸加工難度大的主要原因

車細長軸的難度較大，也成為機械加工中的一個難題，在加工過程中受機器設備、人員以及刀具的影響較大，多方面因素的影響會使細長軸加工精度出現浮動。所以，在加工細長軸時，應及時找出影響其工藝出現缺陷的各種因素，并采取適當的措施予以解決。

由于細長軸剛性差，在加工過程中受外力影響較大，例如切削力、夾緊力、重力和慣性力等都會對其造成影響，出現變形的狀況，從而使刀具和零件之間的位置產生偏差，降低了零件加工的精度。細長軸的長度對走刀的時間會造成一定的影響，同時也會加重刀具的磨損程度，會降低零件的幾何形狀制做的準確度。由于細長軸的熱擴散的性能不高，導致其在切削熱的作用下產生較大的線膨脹。如果軸的兩端為固定支承，就會呈現出由于工件的伸長而造成頂彎的狀況，因此會導致工件的形狀發生改變，達不到預期想要的效果。

3 車削引起細長軸彎曲變形的原因

3.1 切削力的原因

在細長軸的切削過程中，車削力對其的影響是很大的。切削力可分為軸向車削力和徑向切削力。這兩種車削力的影響產生的彎曲變形的程度也是不一樣的。主要有以下兩點：第一點，對徑向切削力的影響。徑向切削力是垂直作用在通過細長軸軸線水平平面內的，但是由于細長軸的剛性較差以及硬度不夠的原因，徑向力會作用到細長軸上，使細長軸彎曲，使其在水平面內發生彎曲變形。第二點，對軸向切削力的影響。軸向切削力是平行作用在細長軸軸線方向上的，它對工件形成一個彎矩。由于細長軸的加工不同于一般的車削加工，它對車削力的要求極高，一旦超出規定的數值，會導致細長軸彎曲，而發生縱向變形。

3.2 切削熱的原因

車削熱的產生對工件的影響是：它在車削的加工過程中，由于車削產生的車削熱會對影響工件的加工效果，因而會導致其熱伸長。在車削的過程中，一些輔助工具的位置是固定不變的，例如，卡盤的位置是固定的，而尾架頂尖也是被固定住的，由于這兩者的位置是固定不變的，它們之間的距離也成為固定的距離。而細長軸在加工過程中，由于受熱導致軸向伸長量的變動，會使其出現漸漸伸長的狀況，這樣的話很容易導致細長軸受到軸向擠壓，出現彎曲變形的狀況。根據以上的分析，可以得出這樣的結論，我們可以把提高細長軸加工精度的問題等同于控制工藝系統的受力及受熱變形的問題。

4 提高細長軸加工精度的幾點方法

隨著機械制造和科學技術的發展，人們對細長軸的要求不僅僅停留在以往的水平上，而加工難度也在不斷增加，因此，若想保證細長軸的加工精度有必要采取一定的措施，減少變形彎曲的狀況發生，將圓度和圓柱度形狀的誤差降到最低。以下提出幾點提高細長軸加工精度的預防措施。

4.1 細長軸裝夾方式

一般軸類在機床裝夾中普遍采用的裝夾方式有兩種：一種是兩頂尖的裝夾方式，另一種則是一夾一頂的裝夾方式。而對于細長軸的加工則不宜采用兩頂尖裝夾方式，細長軸的本身是具有一定的重力的，若使用兩頂尖裝夾，就會出現由于來自自身力的影響產生彎曲的狀況，出現中心孔與頂尖的接觸受到影響的情況，這種操作會導致在切削力的作用下將細長軸頂出，造成細長軸脫落。由此可見，在實際車削加工中最理想的選擇還是選用一夾一頂裝夾細長軸的方式。

4.2 輔助支撐的選擇

采用一夾一頂的方式是一種比較好的選擇，它使細長軸的熱變伸長量不會受到控制，但由于切削力的作用會使細長軸發生徑向彎曲，而可以選用一些輔助工具減小切削力對細長軸造成的變形的狀況，這樣可以利用中心架或跟刀架加以支撐，通過這種方式來提高工件系統的剛性。

4.3 選擇合理的刀具角度

在車削過程中，為保證最佳的精度，減少細長軸彎曲變形，我們要將切削力控制在一定的范圍之內，也就是說，車削力控制的越小離精確度越近。而對切削力影響比較大的因素有前角、主偏角和刃傾角。細長軸車刀要保證以下幾點要求：將切削力和徑向分力一定要控制在一定范圍內，要保證刀刃鋒利的同時也要考慮刀具的壽命。以下對前角、主偏角以及刃傾角對車削過程中細長軸的影響進行多角度的分析。

①前角（γ0）。對于前角的大小涉及影響的因素也是很多的，例如對切削力、切削溫度和切削功率的影響是比較直接的，調整前角的大小，增大前角對切削力的降低有一定的作用，所以在細長軸車削的過程中，在車刀的強度能保證的情況下，盡可能的增大刀具的前角，前角一般取γ0=150。

②主偏角（kr）。我們不能低估車刀主偏角kr對徑向力的影響，主偏角的大小對三個切削分力的大小有著直接的影響。與前角對切削力的影響類似，主偏角的增大對切削力的減小也起到一定的作用。

③刃傾角（λs）。傾角的影響比較大，關系著車削過程中切屑的流向、刀尖的強度及三個切削分力的比例關系。伴隨著刃傾角的增大，徑向切削力就會明顯減小，但是軸向切削力和切向切削力較之前有所增大。

4.4 改善切削受力的措施

切削加工過程中，相對剛度較高的軸類工件而言，軸向切削力對它們起不到任何作用的。而對于細長軸來說，在它的加工過程中，影響它的因素有很多種，而軸向力則是其中的一種，軸向力可將剛性差的細長軸頂彎。

因此，我們一般會選用反向切削法對細長軸加工進行車削。反向車削法是使刀具沿車床導軌，由卡盤向尾座方向進給。使用這種切削方式的好處很多，一方面解決了細長軸被軸向切削力頂彎的問題，另一方面也減小了由于徑向切削力作用而引起的切削變形問題。

4.5 補償熱一次形伸長量的措施

①準確把握切削用量。選擇準確的切削用量將會直接影響到切削力的大小，同時也會對引起的切削熱的多少有著重要的影響，也就是說對車削細長軸所造成的變形程度也是不同的。

②用彈性活動頂尖補償。由于受切削熱作用使細長軸產生伸長，通過彈性活動頂尖內的碟形彈簧受到壓縮，而頂尖遇到彈簧自然而然會退后，從而避免了細長軸出現彎曲的狀況，使車削加工順利進行。

③充分澆注切削液。車削細長軸時，由于切削產生的熱量較大，有必要在支撐爪與工件摩擦部位加入適量的冷卻油或者切削液，避免溫度過高對工件的精度造成影響。在切削區也應大面積的澆注切削液，這樣可以防止過高的熱量傳導至工件，有效地抑制熱變形伸長量。

5 結 語

在對細長軸加工過程中，由于車細長軸的難度大，而且影響其精度的因素又比較多。我們有必要采用有效的措施和合理的操作方法排除影響細長軸精度的因素，有效的提高其加工精度。在加工過程中，操作人員一定隨時觀察操作過程中出現的異常情況，要注意多觀察、多聽、以便隨時發現設備運行中產生的問題，提高注意力，不斷完善細長軸的加工工藝水平。

參考文獻：

[1]陳廣利.提高細長軸加工精度的措施[J].科技創新導報，2011，(10).

[2] 張莉.細長軸的加工[J].機械與電子，2011，(8).