淺談細(xì)長軸車削加工

冀愛平

[摘? ? ? ? ? ?要]? 眾所周知，在機(jī)械加工里面，細(xì)長軸車削加工是一種常見的加工方式，這種方式對(duì)技術(shù)的要求比較高，稍有不慎就可能出現(xiàn)問題。探討細(xì)長軸的車削加工的特點(diǎn)，匯總經(jīng)常出現(xiàn)的問題，對(duì)細(xì)長軸車削加工的方法進(jìn)行總結(jié)，不斷優(yōu)化加工的技術(shù)，希望給大家提供一些參考，提高細(xì)長軸車削加工的質(zhì)量。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 細(xì)長軸;車削加工;特點(diǎn);方法

[中圖分類號(hào)]? TG51? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2019）06-0222-02

我們知道機(jī)械上使用的細(xì)長軸非常關(guān)鍵，而在細(xì)長軸加工的過程中，通常會(huì)使用車削加工。因?yàn)榧?xì)長軸自身的特點(diǎn)，比如抗彎能力不強(qiáng)等，在細(xì)長軸車削加工的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，由于這些因素的影響，工件可能會(huì)出現(xiàn)彎曲變形，導(dǎo)致工件和刀具之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性受到影響。如此一來，加工的工件精度不是很高，所以在細(xì)長軸車削加工的時(shí)候要采用有效的方法，通過控制彎曲變形，增強(qiáng)加工的質(zhì)量，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

一、細(xì)長軸車削加工的特點(diǎn)

工件的長度和直徑的比值大于等于20的軸就是細(xì)長軸。在機(jī)器上細(xì)長軸是非常關(guān)鍵的零件，細(xì)長軸能夠?qū)鲃?dòng)元件起到良好的抑制和支配作用，并且能夠讓機(jī)械運(yùn)動(dòng)起來，實(shí)現(xiàn)傳遞的目的。但是細(xì)長軸加工的技術(shù)相對(duì)來說比較難，對(duì)工作的要求比較高。首先細(xì)長軸加工的時(shí)候，對(duì)精度有很高的要求，其次因?yàn)榧?xì)長軸本身的特點(diǎn)導(dǎo)致細(xì)長軸的一些性質(zhì)難以得到滿足。細(xì)長軸的振動(dòng)性比較大，剛性不足，這就在一定程度上給加工帶來了難度。細(xì)長軸加工有自己的特點(diǎn)，從整體上來看，首先是細(xì)長軸加工過程中散熱能力比較差，工件會(huì)受到切削熱的影響，細(xì)長軸的軸向尺寸會(huì)變得很長，如果軸到兩端是固定的，那么就會(huì)因?yàn)轫敿獗豢ㄋ阑蛘呤且驗(yàn)槭艿綌D壓而發(fā)生變形，這樣的情況下就很難再進(jìn)行加工了。另外，由于細(xì)長軸本身的剛性不足，所以在加工的過程中就要對(duì)其長軸進(jìn)行裝夾，但是這時(shí)候細(xì)長軸受到了重力和切削力的作用，又會(huì)出現(xiàn)變形彎曲，產(chǎn)生了振動(dòng)的問題。如此一來，加工得到的細(xì)長軸表面不是很光滑，并且精度也不能夠達(dá)到相應(yīng)的要求。第三是細(xì)長軸的軸向尺寸比較長，實(shí)際加工細(xì)長軸的過程中一次需要花費(fèi)很多時(shí)間，這也在一定程度上增加了操作的難度。第四是細(xì)長軸加工的過程中會(huì)受到離心力的影響，工件在高速旋轉(zhuǎn)的過程中也會(huì)出現(xiàn)彎曲或者是震動(dòng)等情況，導(dǎo)致工件的精度難以控制。第五是工件的剛性比較差，達(dá)不到要求。通常情況下，細(xì)長軸的長徑比會(huì)大于25，這也是造成程序加工細(xì)長軸鋼性差的原因。比如，對(duì)長徑30且基體硬度在37-42HRC的中沉淀硬化不銹鋼細(xì)長軸來說，這個(gè)零件的剛性比較差，這樣在擴(kuò)容或者是粗加工的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)加工的硬化產(chǎn)生嚴(yán)重的變形，導(dǎo)致該零件不能夠達(dá)到圖紙的要求。

二、細(xì)長軸車削加工工藝的問題

在車削加工細(xì)長軸的過程中，出現(xiàn)彎曲的原因主要有以下幾點(diǎn)。（1）程序加工的過程中會(huì)受到車削力的影響，出現(xiàn)變形。研究發(fā)現(xiàn)在細(xì)長軸車削加工的過程中會(huì)產(chǎn)生兩種切削力，豎方向上的切削力和軸向上的切削力。在細(xì)長軸持續(xù)加工作業(yè)的過程中，這兩個(gè)力會(huì)給細(xì)長軸帶來不同的影響，導(dǎo)致細(xì)長軸出現(xiàn)彎曲變形。細(xì)長軸受到軸向切削力的影響，會(huì)導(dǎo)致平衡狀態(tài)發(fā)生改變。所以在加工的過程中對(duì)細(xì)長軸形成了一個(gè)力，在切削細(xì)長軸中的過程中，豎向的彎曲變形造成的影響不是很大。但是在豎直方向會(huì)受到細(xì)長軸本身的剛性和穩(wěn)定性的影響，如果切削細(xì)長軸的過程中切削力過大，超出了一定的值，那么工件就會(huì)被壓彎，進(jìn)而產(chǎn)生縱向的彎曲變形。一般情況下，車削細(xì)長軸的過程中，豎直方向上的切削力對(duì)工件產(chǎn)生的彎曲變形影響程度我們可以忽略不計(jì)。（2）在加工細(xì)長軸的過程中，會(huì)受到切削熱的影響，在車削細(xì)長軸的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生切削熱，進(jìn)一步導(dǎo)致了工件出現(xiàn)熱伸長的問題，另外，因?yàn)檐囅髯鳂I(yè)的時(shí)候卡盤和尾架頂端是固定不動(dòng)的，所以它們之間的距離不會(huì)發(fā)生改變，所以加工工藝應(yīng)該把怎樣增強(qiáng)細(xì)長軸的精度作為目標(biāo)，這也就是要求我們?cè)诩庸さ倪^程中，通過控制工件的精度不斷完善工藝的系統(tǒng)受力，提高加工車削的效果。

三、細(xì)長軸車削加工方法

（一）合理使用切削用量

細(xì)長軸加工的時(shí)候，切削量是需要控制的一個(gè)指標(biāo)，所以在施工的過程中要選擇合理的切削量。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，可以從三個(gè)方面對(duì)切削量進(jìn)行控制。一是切削的深度，因?yàn)樵谇邢鞯倪^程中，深度越深，產(chǎn)生的切削熱也會(huì)逐步增大，這樣就導(dǎo)致細(xì)長軸出現(xiàn)受熱變形，所以要降低切削的深度。二是要控制進(jìn)給量，在細(xì)長軸切削的時(shí)候，隨著進(jìn)給量的逐步增加，切削的厚度也在增加，但是切削力并沒有按照正比例在增加，這樣的情況下就會(huì)對(duì)細(xì)長軸的受力變形系數(shù)帶來影響。所以在加工的過程中利用增加切削深度這種方式能夠很大程度上提高切削的效率，而增加進(jìn)給量是一個(gè)更有效的方式。現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，在很多領(lǐng)域應(yīng)用了數(shù)控技術(shù)，在模具制造以及航空航天領(lǐng)域，五軸加工被廣泛的應(yīng)用開來。在這項(xiàng)技術(shù)中，自動(dòng)編程軟件發(fā)揮著重要的作用，在加工的時(shí)候毛坯殘留量的識(shí)別，刀具夾頭的干涉以及工裝夾具和排布刀具的識(shí)別等都需要自動(dòng)編程軟件去識(shí)別，這樣如果工作人員不能利用計(jì)算機(jī)來編程，那么在切削的時(shí)候，很難優(yōu)化解決的參數(shù)，導(dǎo)致加工軌跡不是很準(zhǔn)確。所以工作人員的經(jīng)驗(yàn)也很重要。在車削的過程中，要不斷摸索，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。三是要掌握好切削的速度，隨著切削深度的增加，切削的溫度也在增高，這樣摩擦力就逐漸變小了，所以適當(dāng)增強(qiáng)切削的速度能夠很大程度上減小切削力，從而降低細(xì)長軸的受力變形。但是切削速度也并不是越大越好，需要控制在一定的范圍，因?yàn)榍邢魉俣忍叩脑挘矔?huì)讓細(xì)長軸在離心力的作用下出現(xiàn)彎曲變形，特別是對(duì)長徑比較大的工件，切削速度一定要控制，不能太大，要適當(dāng)降低切削的速度。

（二）選取科學(xué)的裝夾方法

細(xì)長軸車削加工的時(shí)候會(huì)使用很多裝夾的方法，每種方法都有自己的特點(diǎn)，所以要根據(jù)具體情況選擇合適的方法，這樣能夠保證加工的精度。工作人員在操作的過程中，要合理的選擇裝夾，達(dá)到事半功倍的效果。常用的方法主要有以下幾種

1.雙頂尖安裝法，這種方法能夠保證同心度，并且在加工的過程中操作非常方便，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確定位，所以在細(xì)長軸車削加工的時(shí)候使用這種方法能夠取得很好的效果，這種方法也非常廣泛的使用開來。但是這種方法也有自己的缺點(diǎn)，比如說，剛性度比較低，這種方式受到了一定的限制。在使用這種方法的時(shí)候要注意兩點(diǎn)：一是要結(jié)合針孔和頂尖使用保證錐孔沒有殘留物質(zhì);二是要及時(shí)更換頂尖，必要的時(shí)候要添加潤滑劑。

2.一夾一頂裝夾法，這種方法的穩(wěn)定性很高，而且操作的安全性能強(qiáng)。這種方式在競爭力方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是在具體應(yīng)用的時(shí)候仍然要注意。首先是要合理控制頂尖的位置，頂尖的位置不能太緊，不能太松，不然就會(huì)把細(xì)長軸頂彎。而且細(xì)長軸熱擴(kuò)散性比較差。如果頂尖太緊，就會(huì)形成軸向的壓力，把細(xì)長軸擠彎曲。遇到這樣的情況，我們要把彈性的活頂尖應(yīng)用在頂尖的位置。同時(shí)不能在相同軸向上的頂尖孔和卡抓加緊面，不然的話會(huì)形成車缺的半曲變形，一般情況下在細(xì)長軸組合卡抓之間要墊上一個(gè)開口的鋼絲繩。

3.雙刀切法。這種方式使用兩個(gè)相互抵消的力來把細(xì)長軸的橫向受力較低，利用這種方式能夠很大程度上降低彎曲變形，提高加工的精度，所以這種方式經(jīng)常用在批量生產(chǎn)上。第四種方式是用跟刀架和中心架的方法，這樣的方法制作精細(xì)程度高，性比較差，容易出現(xiàn)彎曲變形，通過有效地縮短支撐點(diǎn)和欠缺作用點(diǎn)的距離來增強(qiáng)細(xì)長軸的剛性。第五種方法是反向切削法。在車削的時(shí)候，從主軸的卡盤開始向回夾的方向用力，這樣能夠形成軸向的切削力，保證細(xì)長軸受拉，杜絕出現(xiàn)彎曲變形的現(xiàn)象。為了有效防止工件出現(xiàn)壓彎變形的現(xiàn)象，在使用反向切削的時(shí)候可以利用一個(gè)具有彈性的尾架頂尖，如此一來，可以把刀具到尾架之間的熱伸長量和受壓變形給予補(bǔ)償。

（三）減少工件熱變形的伸長概率

細(xì)長軸車削加工的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)熱變形這種現(xiàn)象，這主要是因?yàn)楫a(chǎn)生了切削熱，在切削熱的制約下，工件通常情況下溫度升高，出現(xiàn)了伸長變形。一般的軸類車削加工的過程中可以忽略熱變形，但是細(xì)長軸的車削加工中就要考慮到熱變形的影響。因?yàn)榧?xì)長軸的工件很長，所以總的伸長量會(huì)給加工的精度帶來影響，一定要進(jìn)行控制。我們可以應(yīng)用彈性回轉(zhuǎn)頂尖，在這種工具的輔助下細(xì)長軸可以完善工件的熱變形伸長，大大減少工件彎曲的概率，進(jìn)而保證車削加工工作的正常進(jìn)行。另外，我們也可以加注一定量的切削液，通過加入切削液能夠減少工件的熱變形伸長。我們知道在細(xì)長軸切削的時(shí)候，不管是速度快還是速度慢，溫度都會(huì)產(chǎn)生影響，溫度升高會(huì)導(dǎo)致熱變形，在這種情況下加入切削液能夠讓細(xì)長軸完全冷卻下來，減少熱變形的概率。細(xì)長軸車削加工的時(shí)候，使用切削液能夠在防止與刀架支承爪拉毛工件的時(shí)候有效保證車削的質(zhì)量，也能夠保護(hù)刀具。在車削的時(shí)候，我們也要確保刀具的鋒利，這樣能夠有效降低工件和車刀之間的摩擦，從而降低熱變形出現(xiàn)的概率。

（四）降低殘余應(yīng)力

在細(xì)長軸車削的過程中，工件會(huì)受到各種各樣的影響，比如說，熱處理及機(jī)械加工，原材料組織結(jié)構(gòu)等，導(dǎo)致產(chǎn)生了耐應(yīng)力，如果不采取有效的措施，那么后續(xù)加工的時(shí)候就會(huì)釋放出力，這樣工件就會(huì)變形，所以要采取措施降低加工過程中形成的殘余應(yīng)力。在加工的時(shí)候要合理采用半精加工以及精加工的方式把內(nèi)力釋放出來。同時(shí)也要在半精加工和精加工之間做無損檢測(cè)。

四、結(jié)語

綜上所述，在細(xì)長軸車削加工的時(shí)候，會(huì)受到很多限制，其中有工件本身的限制，也有切削力、殘余應(yīng)力等外界因素的影響，所以在具體加工的過程中，要合理地選擇切削的量，使用合適的裝夾方法，保證細(xì)長軸加工的精度，提高工件加工的質(zhì)量。

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◎編輯 武生智