淺析如何提高細(xì)長(zhǎng)軸加工精度

陳香平

摘 要：在機(jī)械加工過(guò)程中，由于細(xì)長(zhǎng)軸的長(zhǎng)徑比較大，剛性差，在切削力、重力和頂尖頂緊力的作用下， 橫置的細(xì)長(zhǎng)軸很容易彎曲甚至失穩(wěn)，因此，車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)要想提高加工精度，必須采取減小切削熱、采用反向進(jìn)給車削， 選用合理的刀具幾何參數(shù)、切削用量、使用中心架跟刀架等一系列有效措施。

關(guān)鍵詞：細(xì)長(zhǎng)軸車刀; 中心架; 跟刀架; 切削用量; 切削熱

中圖分類號(hào)：TG51? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：1006-3315（2019）05-113-002

在機(jī)械加工過(guò)程中，有很多軸類零件的長(zhǎng)徑比L/d>25，稱之為細(xì)長(zhǎng)軸。由于細(xì)長(zhǎng)軸的長(zhǎng)徑比較大，剛性差。因此在切削力、重力、切削熱和頂尖頂緊力的作用下， 橫置的細(xì)長(zhǎng)軸很容易彎曲變形，產(chǎn)生振動(dòng)、錐度、腰鼓形和竹節(jié)形等缺陷，難以保證加工精度。那么筆者認(rèn)為，要想提高細(xì)長(zhǎng)軸加工精度，必須做到以下幾點(diǎn)：

一、減小工件熱變形產(chǎn)生的影響

加工產(chǎn)生的切削熱會(huì)引起工件熱變形伸長(zhǎng)，那么工件就會(huì)彎曲，車削根本無(wú)法進(jìn)行。

（一）采用一夾一頂?shù)难b夾方式

卡盤爪的夾持部分不易過(guò)長(zhǎng)，一般在15mm左右。同時(shí)可在卡爪的凹槽與細(xì)長(zhǎng)軸之間墊入一個(gè)開(kāi)口鋼絲圈，這樣以點(diǎn)接觸，以減少卡爪與細(xì)長(zhǎng)軸的軸向接觸長(zhǎng)度，使工件在卡盤內(nèi)能自由調(diào)節(jié)其位置，消除安裝時(shí)的過(guò)定位，減少?gòu)澢冃巍Ｒ膊粫?huì)因卡盤夾死而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

（二）應(yīng)采用彈性回轉(zhuǎn)頂尖

彈性回轉(zhuǎn)頂尖可以補(bǔ)償工件熱變形伸長(zhǎng)。當(dāng)工件受熱變形伸長(zhǎng)時(shí)，回轉(zhuǎn)頂尖內(nèi)部的蝶形彈簧會(huì)壓縮變形，頂尖能自動(dòng)后退，這樣可以使細(xì)長(zhǎng)軸受熱后自由伸長(zhǎng)，減少其受熱彎曲變形。

（三）采用反向切削法車削細(xì)長(zhǎng)軸

反向切削法是指在細(xì)長(zhǎng)軸的車削過(guò)程中，車刀由主軸卡盤向尾架方向進(jìn)給，這樣在加工過(guò)程中作用在工件上的軸向切削分力使細(xì)長(zhǎng)軸受拉，同時(shí)，由于細(xì)長(zhǎng)軸的左端通過(guò)鋼絲圈固定在卡盤內(nèi)，右端支撐在回轉(zhuǎn)頂尖上，可以自由伸縮，消除了軸向切削力引起的彎曲變形。也可以采用雙刀車削細(xì)長(zhǎng)軸，改裝車床中滑板，增加后刀架，采用前后兩把車刀同時(shí)進(jìn)行車削，兩把車刀，徑向相對(duì)，前車刀正裝，后車刀反裝。兩把車刀車削時(shí)產(chǎn)生的徑向切削力相互抵消。工件受力變形和振動(dòng)小，加工精度高，適用于批量生產(chǎn)。

（四）加注充分切削液

車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，無(wú)論是低速切削，還是高速車削，加注充分的切削液，能有效的減少工件所吸收的熱量，從而減少工件的熱變形伸長(zhǎng)。充分加注切削液可以降低刀尖切削溫度，延長(zhǎng)刀具使用壽命。

二、選擇合理的刀具角度

車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，由于工件剛性差，車刀的幾何形狀對(duì)減小作用在工件上的切削力，減小工件彎曲變形和振動(dòng)，減小切削熱的產(chǎn)生等都有明顯的影響。特別是車刀的前角、主偏角和刃傾角對(duì)切削力的影響最大。

（一）前角（γ）

其大小直接影響切削力、切削溫度和切削功率.增大前角，可以使被切削金屬層的塑性變形程度減小，切削力明顯減小。增大前角可以降低切削力，使車刀鋒利，車削輕快。所以在細(xì)長(zhǎng)軸車削中，在保證車刀有足夠強(qiáng)度的前提下，盡量使刀具的前角增大，前角一般取γ=15°～30°。

（二）主偏角（kr）

其大小影響著3個(gè)切削分力的大小和比例關(guān)系。它是影響車削時(shí)背向力的主要因素，因此，車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，在不影響刀具強(qiáng)度的前提下，盡量增大車刀主偏角，從而減小背向力，減小細(xì)長(zhǎng)軸的彎曲變形。在車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，一般采用kr=為80°～93°的主偏角。

（三）刃傾角（λs）

傾角影響著車削過(guò)程中切屑的流向、刀尖的強(qiáng)度及3個(gè)切削分力的比例關(guān)系。刃傾角在-10°～+10°范圍內(nèi)，3個(gè)切削分力的比例關(guān)系比較合理。在車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，常采用正刃傾角+3°～+10°，以使切屑流向待加工表面。

另外，前刀面應(yīng)磨有R1.5～3mm的圓弧形斷屑槽，使切屑順利卷曲折斷。應(yīng)選擇較小的刀尖圓弧半徑和倒棱寬度。

三、采用跟刀架和中心架

采用一夾一頂?shù)难b夾方式車削細(xì)長(zhǎng)軸，為了減少?gòu)较蚯邢髁?duì)細(xì)長(zhǎng)軸彎曲變形的影響，傳統(tǒng)采用跟刀架或中心架。跟刀架一般是固定在床鞍上跟隨車刀后面移動(dòng)，承受作用在工件上的切削力，相當(dāng)于在細(xì)長(zhǎng)軸上增加了一個(gè)支撐，增加了細(xì)長(zhǎng)軸的剛度，減少?gòu)较蚯邢髁?。但在使用跟刀架時(shí)，必須使其支撐爪與工件的接觸壓力調(diào)整適當(dāng)，并且一致。否則會(huì)在車削細(xì)長(zhǎng)軸過(guò)程中車削“竹節(jié)”形，“腰鼓”形，影響加工精度。因此，調(diào)整跟刀架支撐爪時(shí)，應(yīng)先調(diào)整后支撐爪，使其輕微接觸到外圓為止，再調(diào)整下支撐爪和上支撐爪，要求每個(gè)支撐爪都能與軸保持相同的合理間隙，使軸可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

中心架是直接支撐在工件中間，它可以使工件的長(zhǎng)徑比減小一半，細(xì)長(zhǎng)軸的剛性則可增加好幾倍。工件裝上中心架之前，必須在毛坯中間車出一段圓柱面溝槽作為支撐軸頸，為了以后精車，其直徑略大于工件要求的尺寸。溝槽的表面粗糙度值應(yīng)為R≤1.6μm，圓度誤差小于0.05mm，否則會(huì)使工件出現(xiàn)方形誤差。

四、合理地控制切削用量

切削用量選擇的是否合理，對(duì)切削過(guò)程中產(chǎn)生的切削力、切削熱、積屑瘤、工件的加工精度、表面粗糙度都有很大的影響。車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)引起的影響更大。

（一）切削深度（ap）

在工藝系統(tǒng)剛度和加工余量確定的前提下，盡量使用大的切削深度，但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，引起細(xì)長(zhǎng)軸的受力、受熱變形也增大。因此在車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，應(yīng)盡量減少切削深度。一般粗車時(shí)切削深度（ap）為1.5～2mm，精車時(shí)切削深度（ap）為0.5～1mm。

（二）進(jìn)給量（f）

進(jìn)給量主要影響車削力和工件表面粗糙度。進(jìn)給量增大會(huì)使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此細(xì)長(zhǎng)軸的受力變形系數(shù)有所下降.如果從提高切削效率的角度來(lái)看，增大進(jìn)給量比增大切削深度有利，但是也不能太大，一般粗車時(shí)進(jìn)給量（f）為0.3～0.4mm，精車時(shí)進(jìn)給量（f）0.08～0.12mm

（三）切削速度（v）

隨著切削速度（v）的增大，切削溫度提高，刀具與工件之間的摩擦力減小，細(xì)長(zhǎng)軸的受力變形減小。但切削速度過(guò)高容易使細(xì)長(zhǎng)軸在離心力作用下出現(xiàn)彎曲，破壞切削過(guò)程的平穩(wěn)性，所以切削速度應(yīng)控制在一定范圍。對(duì)長(zhǎng)徑比較大的工件，切削速度要適當(dāng)降低。一般粗車時(shí)切削速度（v）為50～60m/min，精車時(shí)切削速度（v）為60～100m/min

總之，由于細(xì)長(zhǎng)軸剛性差，車削時(shí)產(chǎn)生的受力、受熱變形較大，很難保證細(xì)長(zhǎng)軸的加工質(zhì)量要求。通過(guò)采用合適的方式方法，可以提高細(xì)長(zhǎng)軸的加工精度。