1 引（yǐn）言（yán）

      在機械加（jiā）工過（guò）程中，有很多零件長度與直徑（jìng）之比（bǐ）大於25，通常把這類零件（jiàn）稱之為細長軸，如車（chē）床（chuáng）上的絲（sī）杠、光杠，調節（jiē）閥中（zhōng）的閥杆等。由於細長軸剛性很（hěn）差（chà）、車削加工時受切削力、切削熱和振動等的作用和影響，極易產生變形，出現直線度、圓柱度等超差，不易達到圖樣上（shàng）的形位（wèi）精度（dù）和表麵質量等技術要求，使切削加工（gōng）很困難。L/d值越（yuè）大，車削加工越困難（nán）。因此，車削細長軸的關鍵技術（shù）是防（fáng）止加工中的彎曲變形，為此必須從夾具、機床輔具、工（gōng）藝方法、操作（zuò）技術、刀具和切（qiē）削用量等方麵采取措施。

      2 車削細（xì）長軸的主要措（cuò）施（shī）

      2.1 改進工件裝夾（jiá）方法

      加工細長軸通常采用（yòng）一夾一頂的裝夾方式。但是在該裝夾方式中（zhōng），如果頂尖頂得太緊，除（chú）了可能將細長軸（zhóu）頂彎外，還能阻（zǔ）礙車削時細長軸的受熱伸長，導致細長軸受到軸向擠壓而產生（shēng）彎曲變形（xíng）。另（lìng）外卡爪夾（jiá）緊麵與頂尖（jiān）孔可能不同軸，裝夾後會產生過定位，也能導致細長軸產生彎曲變形（xíng）.因此采用一夾一頂裝夾方（fāng）式時，頂尖應采用彈性活頂尖（jiān），使細長軸受熱後可（kě）以自由伸（shēn）長，減少其受熱彎曲變形；同時可在卡爪與細長軸（zhóu）之間墊入一個開口鋼絲圈（quān），以減少卡爪與細長軸的軸向接觸（chù）長度，消除安裝時的過定位，減少彎曲（qǔ）變形。如圖1 所示。

      Px—工件在軸向的受力；Pr—工件（jiàn）在徑向的受力

圖1 一夾一頂裝夾方式的改進

      2.2 采用（yòng）跟刀架和中心架

      采用一夾一頂的裝夾方式車削細長（zhǎng）軸，為了（le）減少（shǎo）徑向切削力對細長軸彎曲變形的影響，傳統上采用跟刀架和中心架，相當於在（zài）細長軸上增加了一個支（zhī）撐，增加了細長軸的剛度，可有（yǒu）效地減少徑向（xiàng）切削力對細長（zhǎng）軸的影響。跟刀架為（wéi）車床的通用附件，它用來在刀具切削點附近支承工件並與刀架溜板一（yī）起作縱向移動。跟刀架與工件接（jiē）觸處的支承一（yī）塊一般用耐磨的球墨鑄鐵或青銅製成，支承爪的圓弧，應在粗車後與外圓研配，以免（miǎn）擦傷工件，采用跟刀架能抵消（xiāo）加工時（shí）徑向切削分力和工件自重的影響，從而減少切削振動和工件變（biàn）形（xíng），但必須注意仔細調整，使跟刀架的中心與機床頂（dǐng）針中心保持（chí）一致（zhì）。

      2.3 采用軸向拉夾法車（chē）削細長（zhǎng）軸

      采用跟刀架和中（zhōng）心架（jià），雖然能（néng）夠增加工件（jiàn）的剛度，基本消除徑（jìng）向切削力對工件的影響。但還（hái）不能解決軸向切削力把工（gōng）件壓彎的問題，特別是對於長徑（jìng）比較（jiào）大的細長（zhǎng）軸，這種彎曲變形更（gèng）為明顯。因此可以采用軸向拉夾法車削細長軸。軸向夾拉車削是指在車削（xuē）細長軸過程中（zhōng），細長軸（zhóu）的一端（duān）由卡盤夾緊，另一端由專門設計的夾拉頭（tóu）夾緊，夾拉頭給細長軸（zhóu）施加軸向拉力，如圖2 所示。

圖2 軸向（xiàng）夾拉車（chē）削（xuē）及力學模型

      在車削過程中，細長軸始終受到軸向拉力，解決了軸向（xiàng）切削力把細長軸（zhóu）壓彎（wān）的問題。同時在軸向拉力的（de）作用下，會使細長軸由於徑向切削力引起的彎曲變形（xíng）程度（dù）減（jiǎn）小；補償了因切削熱而產生的軸向伸長量，提高了（le）細長軸的剛性（xìng）和加工精度。

      2.4 采用反向切削法車削細長軸（zhóu）

      反向切削（xuē）法是指在細長軸的車削過程中，車刀由主軸卡（kǎ）盤（pán）開（kāi）始向尾架方向進給，如圖3 所示。

圖3 反向切削法加工及力學模型

      這樣（yàng）在（zài）加工（gōng）過程中產（chǎn）生的軸向切（qiē）削力使細長（zhǎng）軸受拉，消除了軸向切削力引起的（de）彎曲變形。同時，采用彈性的尾架頂尖，可以有效地（dì）補償（cháng）刀具至尾架一（yī）段（duàn）的工件的受壓變形和熱伸（shēn）長量，避免工件的壓彎變形。

      2.5 采用雙刀（dāo）車削法（fǎ）

      采用（yòng）雙刀車削細長軸改裝車床中溜板，增加後（hòu）刀（dāo）架，采（cǎi）用前後兩把車刀同時進行車削，如（rú）圖4 所示。

圖4 雙刀加工及力學模型

      兩把車刀，徑向相對，前車刀正裝（zhuāng），後車刀反裝。兩把車刀車削時產生的徑向切削力相（xiàng）互抵（dǐ）消。工件受力變形和振動小，加工（gōng）精度高，適用於批量生產。

      2.6 合理地控製切削用量

      切削用量選擇的是否合理，對切削過程中產生的切削力的大小、切削熱的多少是不同的。因此對車削細長（zhǎng）軸時引（yǐn）起的變形也是不同的。

      （1） 切削深度（t）

      在工藝係統剛度確定的前提下，隨著切削深度的（de）增大（dà），車（chē）削時產生的切削力、切削熱隨之（zhī）增大，引起細長軸的受力、受熱變形也增大。因此在車削細長軸時，應盡量減少（shǎo）切削深度。

      （2） 進給量（f）

      進給量增大會（huì）使切削厚度（dù）增加，切削力增（zēng）大。但切削力不是按正比增大，因此細長軸的受（shòu）力變形（xíng）係數有所下降.如果（guǒ）從提高切削效率的（de）角度來看，增大進（jìn）給量比增大切削深度有利。

      （3） 切削速度（v）

      提高切削速度有利於降低切削（xuē）力。這是（shì）因為，隨著切削速度的增大（dà），切削溫度提高，刀具與工件之間的摩擦力減小，細長軸的（de）受力變形減小。但切削速度過高容易使細長軸在離心力作用下出（chū）現彎曲，破壞切削過程的平穩（wěn）性，所以切削速度應控製在一定範圍。對長徑比較大的工件（jiàn），切削速（sù）度要（yào）適（shì）當降（jiàng）低。

      車削細長軸時，切削用量應（yīng）比普通軸類零件適當減（jiǎn）小，用硬質合（hé）金車刀粗車，可按表1 切削用量，精車時，用硬質合金（jīn）金車刀車削φ20mm～φ40mm，長1000mm- 1500mm細長（zhǎng）軸時，可選用f=0.15- 0.25mm/r,t=0.2mm- 0.5mm,v=60m/s- 100m/s。

表1

      2.7 選擇合（hé）理的刀具角度

      為了減小車削細長軸產（chǎn）生的（de）彎曲變形，要求車削時產生的切削力越小（xiǎo）越好，而在刀（dāo）具的幾何（hé）角度中，前角、主偏角和刃傾角對切削力的影響最大。

      前角(γ) 其大小直接（jiē）著影響切（qiē）削力、切削溫度和切削功率.增大前角，可以使被切削金屬層（céng）的（de）塑（sù）性變形程度減小，切削力明顯減小。

      增大前角可以（yǐ）降低切削力，所以在細長軸（zhóu）車削中，在保證車（chē）刀有足夠強度（dù）前提下，盡量使（shǐ）刀具的前角（jiǎo）增大，前（qián）角一般取γ=15°。

      主偏角(kr) 其大小影響著3 個切（qiē）削分力的大（dà）小和比例關係。隨著主偏角的增大，徑向切削力明顯減小，切向切削力在60°～90°時卻有所增大（dà）。在60°～75°範圍內， 3 個切削分力的比例（lì）關（guān）係（xì）比較合理。在車削細長軸時，一般采用（yòng）大於60°的主（zhǔ）偏角。

      刃傾角(λs)傾角影響著車削過程中切（qiē）屑的流向、刀尖的（de）強（qiáng）度及3 個切削分（fèn）力的比例關係。隨著刃傾角的增大，徑向切削力明顯減小，但軸向（xiàng）切（qiē）削力和切向切削力卻（què）有所增大（dà）。刃傾角（jiǎo）在- 10°～+ 10°範圍內，3 個切削分力的比例關係比較合理（lǐ）。在車削細長軸時，常采用正刃傾角+3°～+10°，以使切屑流向待加工表麵。為減少徑向切削力，宜選（xuǎn）用（yòng）較大（dà）主偏角；前刀麵應磨出R=1.5mm- 3mm 的斷屑槽，前角一般取γ=15°- 30°;刃傾角λs 取（qǔ）正值，使切屑流向待加工表麵（miàn）；車刀表麵粗糙度值要小，並經（jīng）常保持（chí）切（qiē）削刃鋒（fēng）利。

      3 結論

      細長軸（zhóu）的車削加工是機械加工中比較常見的一種加工方式（shì）。由於細長軸剛性差，車削時產生的受力、受（shòu）熱變形（xíng）較大，很難保證細長（zhǎng）軸的加工質量要求。通過采用合適的裝夾方式和先進的加工方法，選擇合理的刀具（jù）角度和切削（xuē）用量等措施，可（kě）以保證（zhèng）細長（zhǎng）軸的加工（gōng）質（zhì）量要求。