細(xì)長軸的車削加工方法

方媛州

摘 要：細(xì)長軸車削時(shí)面臨許多技術(shù)難題，本文對(duì)這些影響細(xì)長軸加工精度的主要難點(diǎn)和車削的主要環(huán)節(jié)作了全面、詳細(xì)的分析，然后從工件的裝夾方法、車削細(xì)長軸時(shí)的切削用量和車刀的角度等方面，分別采取了三支承跟刀架、彈簧頂尖，改進(jìn)了刀具的幾何角度，選擇熱硬性好的刀具材料、增設(shè)合理的輔助工具等一系列措施保證了細(xì)長軸的加工精度、車削質(zhì)量和生產(chǎn)效率，并達(dá)到了較滿意的加工效果。

關(guān)鍵詞：細(xì)長軸 跟刀架 彈性活動(dòng)頂尖 反向切削

中圖分類號(hào)：TG5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

“鉆工怕深孔，車工怕長軸”。可見細(xì)長軸的加工難度為眾人所周知。在車削過程中產(chǎn)生的切削力和其本身質(zhì)量、離心力的作用下，極易產(chǎn)生振動(dòng)和彎曲變形；再由于細(xì)長軸熱擴(kuò)散差，線膨脹大，當(dāng)工件兩端頂緊時(shí)受切削熱變形影響易產(chǎn)生彎曲，這樣就破壞了刀具和零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，使加工出來的細(xì)長軸產(chǎn)生竹節(jié)、棱邊、振動(dòng)或中間粗、兩頭細(xì)等缺陷，嚴(yán)重影響零件的加工精度；引起工藝系統(tǒng)振動(dòng)；影響零件的表面粗糙度，甚至造成安全事故。在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中，由于其加工難度大，有一定的代表性，因此成為我們深入研究探討的重要課題。

1 造成細(xì)長軸車削彎曲變形的因素

車削細(xì)長軸采用的傳統(tǒng)裝夾方式主要有兩種：一種是一端用卡盤夾持，另一端用車床尾座頂尖支承（一夾一頂）；另一種方式是細(xì)長軸的兩端均由頂尖支撐（兩頂尖裝夾）。下面從力學(xué)角度（力學(xué)模型如圖1所示），主要分析一夾一頂?shù)难b夾方法。

1.1 切削熱產(chǎn)生的影響

車削加工會(huì)導(dǎo)致切削熱的出現(xiàn)，工件也會(huì)出現(xiàn)熱伸長。加工的時(shí)候，尾座頂尖以及卡盤本身都是固定的。細(xì)長軸受熱后延長量會(huì)被限制，因?yàn)閿D壓的存在，細(xì)長軸很容易出現(xiàn)彎曲變形的情況。如圖2所示。

由此可見，提高細(xì)長軸的加工精度，防止細(xì)長軸彎曲變形實(shí)質(zhì)上是控制工藝系統(tǒng)的受力及受熱變形的問題。

2 細(xì)長軸加工前的準(zhǔn)備工作

2.1 機(jī)床調(diào)整

⑴ 調(diào)整車床尾座 用檢驗(yàn)棒檢驗(yàn)，調(diào)整尾座，使尾座頂尖中心與主軸中心同軸度誤差小于0.02mm。⑵ 調(diào)整車床各滑板 調(diào)整小、中和大滑板的楔鐵、鑲條間隙，防止間隙過大造成車削扎刀，并能準(zhǔn)確控制進(jìn)刀量。

2.2 夾具的選擇和調(diào)整

⑴ 正確選擇跟刀架以及對(duì)跟刀架支承爪進(jìn)行修研，保證工件裝夾有足夠剛性和順利的切削條件。跟刀架支承爪應(yīng)耐磨性強(qiáng)，容易修整，不會(huì)磨傷工件表面。在切削中，時(shí)刻保持支承爪與工件表面接觸狀態(tài)良好，最好是全部弧形面接觸，或中心線接觸。支承爪應(yīng)支于已加工表面，并以手感無振為宜，保證有充分的潤滑油潤滑。⑵ 選用彈力適中的活動(dòng)彈性頂尖，應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，精度較高，承載能力大，當(dāng)切削熱迫使工件伸長時(shí)，其延伸長度可朝尾座方向作一定的軸向移動(dòng)，以減少彎曲變形。⑶ 當(dāng)工件被裝夾部分較長的情況下，為了減小或消除過定位的危害，應(yīng)在工件與卡盤的卡爪之間墊以鋼絲環(huán)。

2.3 棒料校直

對(duì)于彎曲度較大的坯料，宜采用熱校直；如本例彎曲度在5mm以下的可采用冷校直的方法。直后，可在平板上滾動(dòng)檢查彎曲度。

3 提高細(xì)長軸加工精度的措施

3.1 選擇合理的裝夾方法

使用較為廣泛的方法有兩種，首先是兩頂尖裝夾方法，這種方法本身的工件定位精度比較高，能夠保證同軸度。但是這種方法本身的剛度比較差，很容易出現(xiàn)細(xì)長軸彎變形，并且很容易出現(xiàn)震動(dòng)。所以，這種方法在安裝長徑比比較小，加工余量比較小，并且對(duì)同軸度要求比較高的工件中適合使用。其次是，采用一夾一頂是車削細(xì)長軸通常的裝夾方法。還可以采用軸向夾拉法車削細(xì)長軸。這樣，在車削過程中，細(xì)長軸始終受到軸向拉力拉緊，減小了進(jìn)給抗力把細(xì)長軸壓彎、切深抗力造成彎曲變形的影響；并且使因切削熱而產(chǎn)生的軸向伸長量得到正常的釋放。

3.2 直接減少細(xì)長軸的受力變形

⑴ 利用中心架車削細(xì)長軸 當(dāng)工件可分段或可調(diào)頭車削時(shí)，用中心架在工件中間支承的方法車削。⑵ 利用跟刀架車削細(xì)長軸 不易調(diào)頭裝夾的細(xì)長軸，為了增加剛性，防止彎曲變形，抵抗徑向切削力，可采用跟刀架切削。

3.3 合理控制切削用量

切削用量選擇的是否合理，對(duì)切削過程中產(chǎn)生的切削力和切削熱的大小是不同的。造成變形也不一樣。

⑴ 切削深度ap 在工藝系統(tǒng)剛度確定的情況下，隨著切削深度的增大，車削時(shí)產(chǎn)生的切削力、切削熱隨之增大，使細(xì)長軸的受力、受熱也增大。因此在車削細(xì)長軸時(shí)，應(yīng)盡量減少切削深度。⑵ 進(jìn)給量f 進(jìn)給量增大會(huì)使切屑厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此細(xì)長軸的受力變形系數(shù)有所下降。從切削效率的角度看，增大進(jìn)給量比增大切削深度有利。⑶ 切削速度υc 適當(dāng)提高切削速度有利降低切削力。隨著切削速度的不斷加大，切削的溫度也會(huì)升高，刀具和工件之間的摩擦力會(huì)有一定減小，細(xì)長軸受力變形也會(huì)減小。但是由于切削速度比較快，很容易出現(xiàn)熱度增加的情況，在離心力作用下，細(xì)長軸很容易玩去和變形，切削的平穩(wěn)性也會(huì)被破壞，所以，應(yīng)該控制切削速度，確保其在一定范圍內(nèi)，對(duì)于那些長徑比較大的工件，應(yīng)該適當(dāng)?shù)臏p緩其切削的速度。

3.4 采用反走刀切削法車削細(xì)長軸

反走刀切削法是指在細(xì)長軸的車削過程中，車刀由主軸卡盤向尾座方向進(jìn)給。此時(shí)在車削過程中產(chǎn)生的軸向切削力使細(xì)長軸受拉，消除了軸向切削力使細(xì)長軸受推引起的彎曲變形。同時(shí)，采用彈性頂尖，可以自由伸縮，不易產(chǎn)生彎曲變形，有效地補(bǔ)償?shù)毒咧廖沧欢蔚墓ぜ氖軌鹤冃魏蜔嵘扉L量，避免工件的壓彎變形。

[結(jié)論] 細(xì)長軸雖然外形并不復(fù)雜，但由于它本身的剛性差，在車削時(shí)，受切削力和切削熱的影響，易產(chǎn)生彎曲變形，產(chǎn)生振動(dòng)、竹節(jié)和棱邊等缺陷，嚴(yán)重影響了加工精度。實(shí)踐證明：在車削細(xì)長軸時(shí)，應(yīng)對(duì)細(xì)長軸進(jìn)行認(rèn)真的工藝分析，制定出合理有效的工藝路線；在裝夾中增強(qiáng)細(xì)長軸的剛性，解決細(xì)長軸的熱伸長彎曲變形問題；選擇合適的切削用量和合理的刀具角度，降低切削力和切削熱。有了這些切實(shí)可行的措施，就能解決車削細(xì)長軸所產(chǎn)生的彎曲變形、振動(dòng)、竹節(jié)和棱邊等缺陷，保證了細(xì)長軸的加工精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 《車工工藝學(xué)》中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2000

[2] 《車工生產(chǎn)實(shí)習(xí)》中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，1996

[3] 《車工工藝與技能訓(xùn)練》 中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社， 2001