引言

      細（xì）長杆件在各類機械（xiè）中應用甚廣，此類零件雖然結構簡單（dān），但加工難度卻相當大（dà），一直（zhí）被認為是機械（xiè）加工中的難題。隨著數控（kòng）技術的（de）不斷發展（zhǎn）和普（pǔ）及應用，利用數（shù）控車床加工軸類零件無疑已成為最佳選擇。實踐表明，與普通車床相（xiàng）比，數控車床具有（yǒu）主軸旋轉穩定、刀架穩（wěn）定（dìng）、進給速度（dù）平穩、錐度可調、軌道精度高、加工效率高等優點，但數控（kòng）車床卻大多受空間限製，無（wú）法安（ān）放中心（xīn）架等附件，不便於加工超出行程（chéng）範（fàn）圍的細長杆件（jiàn）。因而在很多情況下，大部分細長杆件的加工還必須依賴於普（pǔ）通車床。所以，要想順利加（jiā）工出高（gāo）質量（liàng）的細（xì）長杆（gǎn）件（jiàn），必須要在加工工藝上進行規（guī）範和突破。

      １　細（xì）長杆件車削加工（gōng）的特（tè）點

      細長杆件在高（gāo）速車削過程中，因其剛性較差（chà），又同時受到（dào）夾緊力、切削力、重力、慣性力和切（qiē）削熱的綜合作用，極易導致彎曲變（biàn）形，造成零件與刀具的相對運動失準（zhǔn），致使細長杆件在加工後（hòu）出現波紋、錐度、多棱、竹節、圓柱度差和彎曲等加工缺（quē）陷；同時，細長杆件的彎曲變形還會引起工（gōng）藝係（xì）統振動，進而降低零件的加工精度（dù）和粗糙度。

      １.１　受力變形

      細長杆車削受力分析如圖１所示。加工過程中，細長杆件所受的外力主要有切削力（軸向切削力Ｐｘ、徑向切削力Ｐｙ及切向切削力Ｐｚ）、自身重力Ｇ、旋轉產生的（de）離（lí）心力、軸向頂力Ｆｘ，這些力共同作用，導致杆件（jiàn）產生彎曲變形。杆件變形的最直接後果是（shì）產（chǎn）生振動，從而影響工件的圓柱度和表麵粗（cū）糙度。一般來講，工件彎曲越大，車削時振動越大，表麵質量精度也就越難（nán）保證（zhèng）。

      １.２　受熱變形

      細長杆件在車削時熱擴散性差、線膨脹性（xìng）大，由於車床主軸卡盤和尾架頂尖之間的距離固定不變，當工（gōng）件的熱伸長達到一定值時，便會產生彎曲變形。細長杆件（jiàn）熱變形伸長量ΔＬ（ｍｍ）的計算公式為：

                                                        ΔＬ＝αＬΔｔ。

      其中：α 為杆件材料（liào）熱膨脹係數，１／℃；Ｌ 為杆（gǎn）件的總長，ｍｍ；Δｔ為杆件升（shēng）高的（de）溫度，℃。

      由此可見，工藝係統的（de）熱變形和受力（lì）變形（xíng）是影響細長杆件加工（gōng）精度的兩大主要因素，完全（quán）可以通過調整機床、應用加工輔具、選用合適（shì）刀具、控製切削用量等對（duì）其進行補救

      ２.防止和減小細長杆件（jiàn）加工（gōng）變形的工藝措施

      ２.１　杆（gǎn）件加工前的校正

      細長杆件的毛坯一般為鍛造或拉伸件，在製（zhì）造、儲運、下料、裝夾等（děng）過程中都會有各種應力和變形產生，尤其是彎曲（qǔ），很容易對車削質量造成影響。所以（yǐ），細長杆件在加工前都需要進行校正，亦稱找正（zhèng）。找正（zhèng）的目的主要是校直，以防因加工餘量（liàng）不均勻而（ér）車（chē）不圓，或因彎曲離心力（lì）大而增（zēng）加杆的彎曲度，造成無法車削。校正的標（biāo）準是：粗（cū）車時應保證工件加工餘量基（jī）本一致；半精車和精車時應保（bǎo）證待加工表麵與已加工表麵相對位置符合要求。

      細長杆件的校（xiào）直一般選擇在車床上直接進行，此法比較方便、快捷。校直方法有如下３種：

      （１）凸點直擊法。此法適用於細而長的杆件。低速旋轉工件，用粉筆標記凸點。將一凹形（xíng）鐵塊（或橡膠塊）墊靠於（yú）工件凸點的背麵，用手錘擊（jī）打杆（gǎn）件凸點，使其伸直。多次（cì）反複，輔以旋（xuán）轉查看（kàn），可（kě）使工件校直。

      （２）凹麵延展法。此法適用於杆徑相對（duì）較大、杆長較長的細長杆。在杆件兩端鑽中心孔，以主軸（zhóu）頂（dǐng）尖和車床尾座頂尖共同支承。手動轉動工件，用粉筆標記凸點。將長（zhǎng）木塊或鐵塊橫墊於車床導軌上，在杆件彎曲凸點處架以Ｖ 型或凹（āo）弧型螺紋千斤頂（dǐng），稍過支承。手錘反（fǎn）複擊打杆件的凹麵（miàn），使凹麵材料延展，從而校直杆件。

      （３）拖板擠壓法。此法適用於杆長較短的細（xì）長。開動車床使工（gōng）件旋轉，用一根長約300mm的（de）木搭在中拖板和方刀台上，搖動中拖板，使木棍壓向工彎曲部分。繼續移動中拖板，跟（gēn）緊尾座（zuò）頂尖，以防工脫出，待工件繼（jì）續旋轉幾秒鍾，再將中拖板慢慢退，並適當鬆退尾座頂尖。反複多次，可使杆件校直。

      ２．２　杆件裝夾方式選擇（zé）

      ２．２．１　采用雙頂尖軸向裝夾

      在車床上車削細（xì）長杆，裝夾（jiá）方式通常有兩種：一（yī）是“一夾一（yī）頂（dǐng）”，以卡盤夾（jiá）住細長（zhǎng）杆的左端，用尾架（jià）頂尖頂（dǐng）住杆（gǎn）件的右端；二是“雙尖對（duì）頂”，細長杆件（jiàn）的兩（liǎng）端都以頂尖來支承（chéng）。一夾一頂裝夾方式的主要弊端是：①頂（dǐng）尖頂（dǐng）得太緊（jǐn），細長杆容易（yì）受軸向擠壓而產生彎曲變形；②機（jī）床卡爪夾緊時容（róng）易（yì）形（xíng）成過（guò）定位，造成卡盤與頂尖不同軸。所以，在隻能選擇一夾一頂的情況下，可在細長杆件的左（zuǒ）端套上一個開口鋼圈（寬度以10mm左右為宜），旨在縮減杆件與卡爪（zhǎo）的軸（zhóu）向接觸長度，避免產生過定位。

      條件允許的情況（kuàng）下，可以優先選擇雙尖對頂裝夾，以保證同軸度。但此裝夾存在剛性差、變形大、振動大的弊端，所以更適用於長徑（jìng）比不太（tài）大、加工餘量比較小（xiǎo），且同軸度要求比較（jiào）高的杆件（精加時優先選擇此法）。

      ２.２.２　采用（yòng）跟（gēn）刀架和中心（xīn）架

      使用跟刀（dāo）架和中（zhōng）心架（jià）的目的是（shì）保證細（xì）長杆件（jiàn）的形狀精（jīng）度，同時減（jiǎn）小表麵粗糙度。其基（jī）本原理是通過在細長杆中間增加支撐來提高其剛度，以防徑向切削力對細（xì）長杆的加工產生影響（xiǎng）。跟刀架（jià）的支承塊最好選用耐磨鑄鐵或鑄鋼，每車一刀之（zhī）前，都應研磨一次支（zhī）承塊，以保證支承麵與工件表麵完全吻合；其位置應當保持支承爪（zhǎo）離車刀３ｍｍ～４ｍｍ，如果過遠，容易在車削過程中產（chǎn）生振動。

      如果要使用中心架，可事先在（zài）工件上車出承搭中心架的溝槽（cáo）。如果細長（zhǎng）杆的長徑比過大，溝（gōu）槽不（bú）易（yì）車削，則可（kě）在細長杆上安裝一個過渡套筒，使卡爪隻跟過渡套筒的外表（biǎo）麵（miàn）接觸，而不直接接觸毛坯（pī）軸。過渡套筒的四周均勻（yún）分布３個（gè）或（huò）４個（gè）螺釘，調整螺釘的徑向距離，可以適度夾緊毛坯杆件，並使套筒外圓軸線與主（zhǔ）軸軸線一致，從而保證車削精度。

      ２．２．３　采用軸向（xiàng）拉夾法減小壓應力

      中心架和跟刀架的使用可以增加杆件剛度，減小徑向切削力對加工的危害。但軸向切削力壓彎杆件（尤其是長徑（jìng）比較大（dà）杆件）的問題卻並未得到解決。所以，實際生產中常用軸向拉夾的方法來（lái）消除杆件中的壓應力。一般由卡盤（pán）夾緊細長杆件的左端，而用（yòng）專門（mén）設計的夾拉頭夾（jiá）緊其右（yòu）端，夾拉頭與卡盤反向施力，以保證細長杆在車削過（guò）程中始終隻受到軸向拉力，而（ér）不會被車刀的軸向切削力壓彎（wān）；而且（qiě），軸向（xiàng）拉力還能對因切削熱（rè）而導致的軸向伸長進行適度補償，從而提（tí）高杆件的剛性與（yǔ）加工精度（dù）。

      ２.３刀具及幾何參數的科學選擇

      切（qiē）削（xuē）力的大小主要由車刀的前角、主偏角（jiǎo）和（hé）刃（rèn）傾角來決定，所以這些參數需要科學選擇。前角（jiǎo）的大小與切削力、切削溫度和（hé）切削功率密切相關。前角增大，切削力減小，所以，隻（zhī）要不影響車刀的強度，應該盡量（liàng）增大刀具的前（qián）角。為使（shǐ）切屑（xiè）能及時彎曲折斷、排出，同時保持前刀麵（miàn）的（de）光潔（jié）與主刀刃的（de）鋒利，刀具的前刀麵宜磨出相應的斷屑槽。

      切削力（lì）可以分解為軸（zhóu）向切削力Ｐｘ、徑向切削力Pｙ以（yǐ）及切向切削力（lì）Ｐｚ，主偏角的大小則與這３個力（lì）的大小及相互比例密切相關。主偏角增大，徑向切削力Ｐｙ顯（xiǎn）著減小，而切向切削力Ｐｚ則略有增大。通常（cháng）情況下，為（wéi）使３個切削（xuē）分（fèn）力的比（bǐ）例關（guān）係相對合理，主偏角的取值宜在６０°～７５°範圍內。

      刃傾角的大小決定著（zhe）切屑的流向、刀尖的強（qiáng）度，同時也影響著３個切削分力之間的比例關係（xì）。刃傾角增（zēng）大，徑向切削（xuē）力急劇減小，但對軸向切（qiē）削力和切向切削力的影響並不大，隻是略（luè）有增大。通常（cháng），刃傾角為－１０°～＋１０°，可使３個切削分力（lì）的比例關係相對合理。車削細長（zhǎng）杆件（jiàn）的刀具幾何參數見表１。

      ２.４　合理選擇切削用量

      切削用量主要包括切削深度（dù）、進給量、切削速度，其（qí）大小不僅影響（xiǎng）加工效率，更會對切削力、切削熱產生重大影響。因此，細長杆件車削中的切削用量選擇非常重要。

      要（yào）保持工藝係統的剛度不變，切削（xuē）深度與切削力、切削熱成正比。因此，要想（xiǎng）減少（shǎo）力變形和熱變形（xíng），在車削細長杆件時應該選擇較小的切（qiē）削深（shēn）度。

      進給量與切削厚度成正比。進給量增大，切削力雖然也會跟著增（zēng）大，但並（bìng）不明顯，所以，從提高切削效率的角度來看，增大進給量比增大切削深（shēn）度更有利。

      切削速度與（yǔ）切削力成反比。提高切削速（sù）度，切削溫度隨之升高，刀具與工（gōng）件之（zhī）間的摩擦力則減（jiǎn）小，細長杆的受（shòu）力變形變小。但是，如果切削速度過高，又（yòu）常會使細長杆因離心力而出現彎（wān）曲，，影響切削過程的平穩。因此，切削速度需要控製在適度範圍內。杆件的長徑比越大，切削速度越需適當降低。粗車細（xì）長（zhǎng）杆件的切削用量參考值（zhí）見表２。

      ２.５　合理選擇切削液

      切削液在車削細長杆件過程中的主要作用是（shì）冷卻和潤滑，因此，選（xuǎn）擇（zé）切削液應盡可能做到兩者兼顧。一般宜選用流量足的冷卻液潤滑，既冷卻工件和跟（gēn）刀架支承爪，又潤滑支承麵，減少工件表麵的摩擦，從而保證加工精（jīng）度。細長杆在粗車時（shí）的加工餘量比較大，選用的切削（xuē）深度和進給量必然也較大，由此會加大切削（xuē）阻力，並（bìng）進一步產生較多的切削（xuē）熱（rè），刀具因此加（jiā）劇磨損，所以，精車（chē）應當首先考慮冷卻因素，適（shì）宜選擇具有一定清洗、潤滑及防鏽功能的水基（jī）切削液，及時地將切削熱帶走，以（yǐ）降低工件的切削溫度，從而提高刀具（jù）耐用度。精車細長杆時，切削餘量相對（duì）較小，切削深度（dù）小，進給量小，切削力也（yě）小（xiǎo），杆件溫度不高，以（yǐ）采用高濃度（質量分數１０％以上（shàng））的乳化液（yè）和含油性添加劑的切削液為宜（yí）。

      ３. 細長杆加工（gōng）中（zhōng）幾種常見的質量問題分析

      由於細長杆類零件結構特殊，裝夾困（kùn）難，運動穩（wěn）定性較差，因此在車削中經常會（huì）出現各（gè）種各樣的質量問題。全麵分析這些質量問題（tí）產生的（de）原因、危害（hài），研究製定相應的預防措施（shī）和對策，可以有效提（tí）高杆件的加工（gōng）質量。表３為細長杆件加工缺陷的原因分析及（jí）預（yù）防措施。

      ４　結語

      細長杆類零件的車削加工雖然難度較大，但它也有一定的規（guī）律性，隻要我們能夠抓住裝夾（jiá）方式選擇、中心架和跟刀架的（de）使用、解決工件熱變形伸長以及合理（lǐ）選擇車（chē）刀幾何形狀等關鍵（jiàn）技術，所有問題便都能迎刃而解。