普通車床加工軸類零件的方法

摘 要：最近幾年我們國家的經濟發展速度不斷提升，此時很多的行業和領域也都取得了顯著的成就，比如機械加工行業就是一個顯著的例子。通過不斷地實踐我們發現，在開展零件加工工作的時候，我們發現那些較長的軸類零件在處理的時候難度較大，作者具體地闡述了與之相關的原因，分析了對應的加工措施以及刀具等內容。

關鍵詞：細長軸；加工方法；刀具；切削用量

通過不斷地實踐，我們發現，在開展機床加工工作的時候，那些細長的零件在處理的時候其難度要較之于其他的零件大一些。通過深入地分析可知，這種問題的主要成因有如下的幾點，比如其零件太長，沒有良好的剛度或是零件變形等。要想確保零件的品質良好，就應該從輔具以及刀具和工藝措施等等幾個層面分析。

1 細長軸類零件的加工步驟

1.1 校直

通過校直，我們可以確保車削量一致，此時不需要過多的車削用時，能夠防止振動。對于毛料來講，在處理以后能夠保證表層的殘余力均衡，防止零件有太過明顯的形變。

圖1所示為常用的錘敲措施，我們在處理的時候最好不用使用壓彎措施。因為該措施雖然能夠使得毛料在短時間內變直，但在不久之后它就會因為應力未整個消除而變彎，無法完成校直活動。在使用錘敲措施的時候，我們要先將毛料的凹面放到平板之上，然后用錘敲擊此面，確保此處的金屬擴展，這樣就能夠實現伸直毛料的目的了。在特殊狀態之下，我們還可以使用圓弧形的錘子敲擊，確保錘面和材料完全接觸，防止毛料面受損。假如毛料的彎折過大的話，我們可以使用熱校直措施。如果校直之后，所有的彎折度都不超過0.8mm的話，就算達標了。

圖1敲打法 圖2工件與支承塊接觸圖

1.2 平端面，打中心孔

將毛坯料穿入機床主軸孔卡緊平端面，打中心孔。此時要注意的是，中間的孔要保證是圓形的，而且不能歪斜，其潔凈度以及形態等都要合乎規定。同時還要保證端面平穩，確保毛料的卡爪長度一致，因為一旦伸長不一樣的話，就會使得其中心線偏移，最終導致零件的形態改變。

1.3 研磨跟刀架的支承塊面

在處理細長軸的時候，我們可以使用刀架和兩爪，不過此時要確保支承體和零件的連接順暢。在選擇支承塊的時候，最好選擇耐磨的鑄鐵，而且為了確保支承面和零件的表層連接順暢，最好是在處理以前研磨表面。具體來說，要按照如下的步驟操作。先要把毛料放到機床上面，一邊使用卡盤夾，另一邊使用頂尖。要確保卡緊區域的長度在15-20ram左右。過長或是過短都不可以。按第一刀粗車后的直徑進刀，以進給量0.4mm左右走刀，車一小段，然后將跟刀架支承塊壓緊在這段表面上研磨。在研磨的時候，禁止放入冷卻液。利用車過的刀花研磨弧面，直到支承塊表面全部研完為止。接下來放置冷卻液，同時還要適當研磨，確保表面的光潔度較高。如果支承體的表面和零件的表面是無縫貼合的話，如圖2（a）所示，此時其表面就像是軸瓦，可以應對切削力；如果支承面圓弧半徑過大，如圖2（b），車削時易振動；如果支承面圓弧半徑過小，如圖2（c），爪面磨損快，會使工件出現棱柱形，橢圓或麻花形。跟刀架支承塊應和工件輕輕接觸，并保持很小間隙配合，既不能太松也不能太緊。每車一刀之前，必須先研跟刀架支承面，務必保證圓弧面吻合。

1.4 增加活動中心架

如果零件的直徑和長度的比超過一百的話，此時除了要運用上述的刀架，還要設置一個活動架，具體如下圖3。這樣做的目的是為了防止零件因為本身的重量過重而出現下沉現象，降低誤差的發生幾率。該架子一般放置在零件的中心區域，依據床頭地方的軸線對準，而且要隨著走刀情況不斷改變方位。

跟刀架支承爪應在車刀后面3-4mm處，如果超過這個距離的話，就會導致零件因為受力嚴重而發生振動現象。主要是因為這時候的軸可以簡化為一個具體的簡字梁，具體如圖4所示。具體的撓度如下：

fmax=M（-l2+3a2）3/2/9■EIL（1）

式中：M=FA，代人式（1）有

fmax=FA（-l2+3a2）3/2/9■EIL （2）

式中：F為切削力與吃刀抗力的合力；A為切削力作用點與跟刀架支撐點距離。

圖3活動木墊 圖4簡字梁

因為有上述的彎曲存在，所以零件在旋轉的時候其彎曲區域會產生甩轉現象，即以主軸轉速n為頻率，以最大撓度為最大振幅作簡諧振動。具體的方程式如下：

Y=fmaxxsin（nt+ψ）（3）

所以，為了避免振動現象發生，就要盡量地降低振幅。而從式（2）中得出，當A=0時，fmax=0，這時候的振動最小。不過如果A過小的話，此時刀架就會影響到刀具的切削，所以，我們通常將該數值設置為3～4mm，此時就可以確保變形以及振動現象發生。除此之外，降低速率的話，也會導致振動變緩，速率必須要超過臨界值，要不然的話就會影響零件的運轉。

1.5 走刀方向

在處理細長軸的時候，必須使用反走刀，即走刀方向從床頭走向尾座，原因是這樣能夠避免變形現象發生，提升效率。頂尖的作用有三：第一是細長工件不下垂；第二是承受工件轉動時的離心力；第三是承受一部分主切削力和徑向切削力。由于車削細長軸時必須使用跟刀架（有時還需以活動中心架支撐工件），所以切削力主要由跟刀架承受了。這時，反向走刀的軸向切削力就能起到將工件拉直的作用，避免變形。而正走刀和上述完全不一樣，會使工件受到偏心壓縮（軸向走刀力并不作用在工件軸心，而是作用在外圓附近，這種情況稱之為偏心壓縮），細長物體受到壓縮時，容易彎曲變形。

1.6 應用活頂尖

細長軸車削時頂尖并沒有起到應對切削力的作用，其作用是提升剛度，防止甩動。當校直好毛料以后，離心力也變低了，所以，此時頂尖只需要輕微的頂住零件就行了，不用用力太猛，如果力過大的話，就會導致零件彎折，常見的頂尖就可以使用。在檢查松緊度的時候，我們可以用手指夾緊頂尖，如果零件活動的時候頂尖也能夠運轉的話，就表示達標了。由于加工的時候，零件受熱會變長，因此我們要不停的檢查其松緊性。在具體的工作中，我們要不斷地把頂尖朝著后方挪動，在進行精車處理的時候，如果車刀靠近尾座區域的話，就可以將頂尖整體退出來。假如主軸的軸線沒有和機床的尾部保持一致的話，此時我們就要按照不斷朝后方挪動的方法來移動頂尖，這樣可以將錐度消除掉。眾所周知，零件的錐度和導軌以及刀架的精確性有很大的關聯，和尾座的具體方位并沒有多大的關系。相反的，假如頂尖在頂靠的時候用力太猛，靠得太緊的話，此時尾座的方位就會對錐度產生一定的干擾，影響到精車工作的開展。

1.7精車工藝

精車采用低速，采用寬刃硬質合n d，金彈簧光刀，粗糙度可達0.4，切削深度可小于0.10mm。精車時，由于工件不允許有振動及彎曲，在切削過程中可能存在的變形為彎曲變形及fmax扭轉變形Qmax：

fmax=M（-l2+3a2）3/2/9■EIL

Qmax=？仔dnpz/1000GIn·180/？仔≤（？茲） （4）

由經驗公式：

Pz=Cpz·txpz·sypz·Kpt（5）

式中：Pz為主切削力；xpz為切削深度修正系數；ypz為吃刀抗力修正系數；Kpt為切削條件不同的修正系數；t為切削深度；s為進給量。

由式（4）、（5）得：轉速凡、進給量s、切削深度t中任一項增大，扭轉變形都會增大。因此在精車的時候，必須要盡量地調節三者，這樣能夠確保精確性高。

由于在車削過程中金屬變形的主要形式為剪切滑移，其相對滑移變形ε為：

ε=cosr0/sinψcos（ψ-r0） （6）

tanψ=cosr0/ξ-sinr0 （7）

式中：ξ為變形系數；r0為刀具前角；ψ為剪切角。由式（6）、（7）我們可知，當刀具的前角較小的時候，切削的摩擦就相對要大一些，當溫度上升的時候，切削的阻力就隨之增加。此時進給力也會隨之變大，干擾到生產的精確性。所以，在處理的時候，要確保前角足夠大。由式ae=f·sinkr可得出：進給量f相同，kr越大，ae越大，變形系數就越小，使主切削力減小，但kr>60°～75°時，刀尖圓弧半徑的作用增大，主切削力略上升，故精車時取75°角。要想實現上述目的，就要切實按照如下所述開展。第一，保障刀具的刃磨良好。第二，確定走刀的方向是從機床的頭朝著尾進行的。第三，刀刃和軸線要保證平行。第四，保證冷卻液的添加量充足。第五，要保證潤滑液冷卻。粗精車細長軸時，一定要配合有著較高流量的冷卻潤滑液，它的存在意義是為了確保零件和支承爪能夠冷卻，而且還能夠保證承接面是高度潤滑的，這樣能夠降低它們的摩擦力，確保處理工作順暢。通過不斷的實驗我們發現，使用濃度在百分之二左右是最好的，它不但能夠確保冷卻性良好，而且還能夠發揮潤滑作用，能夠確保處理的整個過程之中溫度都非常低，假如使用機油的話，因為其冷卻成效較低，零件溫度上升會導致加工工作受到極大地干擾。

2 機床及切削用量

在使用此類措施的時候，我們不需要嚴格規定機床性能，常見的那些機床都是可以的。在具體地選擇切削量的時候要遵照如下幾點開展。

第一，深度最好在1.5～3mm之間；走刀量在0.3-0.45mm/r0 之間。第二，速率在40～00m/min之間，不能太低，要不然的話就會影響刀具功效。

3 實踐中的應用

經過上文的簡述，我們了解了細長軸類零件的常用加工措施，使用該措施可以確保精確性良好，進而顯著提升品質。

參考文獻

[1]孟少農.機械加工工藝手冊（第一卷）[M].北京：機械工業出版社，1991.

[2]張耀宸.機械加工工藝設計手冊[M].北京：航空工業出版社，1987.