1 引言

      在機械加工過程中，有（yǒu）很（hěn）多零件長度與直徑之比大於25，通常把這（zhè）類零件稱之為細長軸，如車床上的絲杠、光杠，調節閥中的閥杆等。由於（yú）細長軸剛性很差、車削加工時受切削（xuē）力（lì）、切削熱和振動等的作用和（hé）影響，極（jí）易產生變形，出現直線度、圓（yuán）柱度等超差，不易達到（dào）圖樣上的形位精度和表麵質量等技（jì）術要求，使（shǐ）切削加工很困（kùn）難。L/d值越大，車削加工越困難（nán）。因此，車削細長軸的關鍵技術是防止（zhǐ）加工中的彎（wān）曲變形，為此必須從夾（jiá）具、機床輔具、工藝方法、操作（zuò）技術、刀具和切削用量等方（fāng）麵采取措施。

      2 車削細長軸的主要措施

      2.1 改進工件裝夾方法

      加工細長軸（zhóu）通常（cháng）采用一夾一頂的裝夾方式。但是在該裝（zhuāng）夾方式中，如（rú）果頂尖頂得太緊，除（chú）了可能將細長軸頂彎外，還能阻礙車（chē）削時細長軸的受熱伸長，導致細長軸受到（dào）軸向擠壓而產生彎曲變形。另外卡爪夾緊麵（miàn）與頂尖孔可能不同軸，裝（zhuāng）夾（jiá）後會產生過定位，也能導致細長軸產生彎曲變形.因此采用一夾（jiá）一（yī）頂裝夾方式時，頂尖應采用彈性活頂（dǐng）尖，使細長軸受熱後可以自由伸長，減少其（qí）受熱彎曲變形；同時（shí）可在卡爪與細長軸之間墊入一個開口鋼絲圈，以減少卡爪與細長軸的軸（zhóu）向接（jiē）觸長度，消除安裝時的（de）過定位，減少彎曲變形。如圖1 所示。

      Px—工（gōng）件在（zài）軸向的受力（lì）；Pr—工件在徑（jìng）向的受力（lì）

圖1 一夾（jiá）一頂裝夾方式的改進

      2.2 采用跟刀架和中心架

      采用一夾一頂的裝夾方式車削細長軸，為了減少徑向切削力對細長軸彎曲變（biàn）形的影響，傳統上采用跟（gēn）刀架（jià）和中心架，相當（dāng）於在細長軸上增（zēng）加了一個支撐，增加了細（xì）長軸的剛度，可有效地減少徑向（xiàng）切削力對細長軸的（de）影響（xiǎng）。跟刀架為車床的通用附件，它用（yòng）來在刀具切（qiē）削點附近支承工件並與刀架溜板一起作（zuò）縱向移動。跟刀架與工件接（jiē）觸處的支承一塊一般用耐（nài）磨的（de）球墨鑄鐵或青銅製（zhì）成，支承爪的圓弧（hú），應在粗車後與外圓研配，以免擦傷工（gōng）件，采（cǎi）用跟刀架能抵消加工時徑向切削分力和工件（jiàn）自重的影（yǐng）響，從而（ér）減少切削振動和工件變形，但必須注意仔細調整，使跟刀架的中心與機床頂針中心保持一致。

      2.3 采用軸向拉（lā）夾法車削細（xì）長軸

      采用跟刀架（jià）和中心架，雖然（rán）能夠增加工件（jiàn）的剛度，基本（běn）消除徑向（xiàng）切削力對工件的影響。但（dàn）還不能解決軸（zhóu）向切削力把工（gōng）件壓彎的問題，特別是（shì）對於長徑比較大的細長軸，這種（zhǒng）彎（wān）曲變形（xíng）更（gèng）為明（míng）顯。因此可以采用軸向拉夾法（fǎ）車削細長軸。軸向夾拉車削是指在車削細長軸（zhóu）過程中，細長軸的一端（duān）由卡盤夾緊，另一端由專（zhuān）門設計的夾拉頭夾緊，夾拉頭給細長軸施加軸（zhóu）向拉力，如圖2 所示。

圖2 軸向夾拉車削及力學模（mó）型

      在（zài）車削過程中，細長軸始終受到軸向拉力，解決了軸向切削力（lì）把細長軸壓彎的問題。同時在軸（zhóu）向拉力的作用下，會使細（xì）長軸由於徑向切（qiē）削力引起（qǐ）的（de）彎曲變形程度減小；補償了因切削熱而產生的軸向伸長量，提高了細長軸（zhóu）的剛性和（hé）加工精度。

      2.4 采（cǎi）用反向（xiàng）切削法車削細（xì）長軸（zhóu）

      反向切削法（fǎ）是指在細長軸的車削過（guò）程中，車刀由主軸（zhóu）卡（kǎ）盤開始向尾架方向進給（gěi），如圖3 所示。

圖（tú）3 反向切削法加工及力學模型

      這樣在加（jiā）工過程中產生的軸向切削力使細長軸受拉，消除了軸向切削力引起的彎曲變形。同時，采用彈性的尾架頂尖，可以有效地補償（cháng）刀具至尾架一段的工件（jiàn）的受壓變形和熱伸長量，避免工件的（de）壓彎變（biàn）形。

      2.5 采用雙刀（dāo）車削法

      采用雙刀車削細長（zhǎng）軸改裝車床中溜板，增加後刀架，采用前後兩把車刀同（tóng）時（shí）進行車削（xuē），如圖4 所示。

圖4 雙刀加工及力學模型

      兩（liǎng）把車刀，徑向相對（duì），前車刀正裝，後車刀反裝。兩把車（chē）刀車削時產（chǎn）生的徑向切削力相互抵消（xiāo）。工件受力變形和振動小，加工（gōng）精度高，適用於（yú）批量生產。

      2.6 合理地（dì）控製（zhì）切（qiē）削用量

      切削用（yòng）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（tóng）的。因此對車削細長軸時引（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（shēn）度的增大，車削時產生的切削力、切削熱隨之增大，引起細長軸的（de）受力、受熱變形也增（zēng）大。因此在（zài）車削細長軸時，應盡量減少（shǎo）切削深度。

      （2） 進給量（f）

      進給（gěi）量增大會使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因（yīn）此細長軸的受力變形係數有所下降.如（rú）果從提高切削效率的角度來看，增（zēng）大進給量比增大切削深度有利。

      （3） 切削速（sù）度（v）

      提高切削速度有利於降（jiàng）低切削力。這是因為，隨著切削速度的增大，切削溫度提高，刀具與工件之間的摩擦力減小（xiǎo），細長軸（zhóu）的受（shòu）力變形減小。但切（qiē）削速度過高容易使細長軸在離心力作用下出現彎曲，破（pò）壞切削過程的平穩性，所以切削速度應控製在一定範圍。對長徑比較（jiào）大的工件，切削速度要適當降低。

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

表1

      2.7 選擇合理的刀具角度

      為了減小車（chē）削細長軸產生的彎曲變形，要求車（chē）削（xuē）時產生的切削力越小越好，而在刀具的幾何角度中，前角、主偏角（jiǎo）和刃傾角（jiǎo）對切削力的影響最大。

      前角(γ) 其大小（xiǎo）直接著影響（xiǎng）切削力、切削溫度和切削功率.增大前角，可以使（shǐ）被切削金屬層（céng）的塑性變形程（chéng）度減小，切削（xuē）力明顯減小。

      增大前角可以降低切削力，所以在（zài）細長軸車削（xuē）中，在（zài）保證車刀有（yǒu）足夠強度前提下，盡量使（shǐ）刀具的前角增大，前角一般取γ=15°。

      主偏角(kr) 其大小影響著3 個切削分力的大小和比例關係。隨（suí）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（zēng）大。在60°～75°範圍內， 3 個切削（xuē）分力的比例關（guān）係比（bǐ）較合理。在車削細長軸時，一般采（cǎi）用大於60°的主偏（piān）角。

      刃傾角(λs)傾角影響著車削過程中切屑的流向、刀（dāo）尖（jiān）的強度及3 個切削分力的比例關係。隨著刃傾角的增大，徑向切削力（lì）明顯減小，但（dàn）軸向切削力和切（qiē）向（xiàng）切削力卻有所增大。刃傾角在- 10°～+ 10°範圍（wéi）內，3 個切削分力的比例關係比（bǐ）較合理。在（zài）車（chē）削（xuē）細長軸時，常（cháng）采用正刃傾角+3°～+10°，以使切屑流向待加工表麵。為（wéi）減少徑向（xiàng）切削力，宜選用較大主偏角；前（qián）刀麵應磨出R=1.5mm- 3mm 的斷屑（xiè）槽，前角（jiǎo）一般取γ=15°- 30°;刃傾角λs 取（qǔ）正值，使切屑流向待（dài）加工表麵；車刀表麵粗（cū）糙度值要（yào）小，並（bìng）經常保持切削刃鋒利。

      3 結論

      細長軸的車削加工是機械加工中比較常見的一（yī）種加工方式。由於細長軸剛性差，車削（xuē）時產生的受力、受熱變形較大，很難保證（zhèng）細長軸的（de）加工（gōng）質量（liàng）要求。通過（guò）采用合適的裝夾（jiá）方式和先進的加工方法，選擇合理的刀具角度和（hé）切削用量等（děng）措施，可以保證細長軸的加（jiā）工質量要求。