引言

      細長杆件在各類機械中應（yīng）用甚廣，此類零件雖然結構簡單，但加工難度卻相當大，一直被（bèi）認為是機械加（jiā）工中的難題。隨著數（shù）控技（jì）術的不斷發展和（hé）普及應用，利用數控車床加（jiā）工（gōng）軸類零件無疑已成為最佳選擇。實踐表明，與普通車床相比，數控車床具有主軸（zhóu）旋轉穩定、刀（dāo）架穩定、進給速度平穩、錐度可調、軌道精度高、加工效率（lǜ）高等優點，但數控車床卻大（dà）多受空間限製，無法（fǎ）安放中心架等附件，不便於加工超出行程範圍的細長（zhǎng）杆件。因而（ér）在很多情況下，大部分細長杆件的加（jiā）工（gōng）還必須依賴於普通車床。所以，要（yào）想順利加工出高（gāo）質量的細長杆件，必須要在加（jiā）工工藝上進行規範和突破。

      １　細長杆件車削（xuē）加工的特點

      細長杆件在高速車削過程中，因其剛性較差，又同（tóng）時受到夾緊力、切削力、重力、慣性力和切削熱的綜合作用，極易導致彎曲變形，造成零件與刀具的相對運動失準，致使細長杆件在（zài）加工後出現波紋、錐度（dù）、多棱、竹節、圓柱度差和彎曲等（děng）加工缺陷；同時，細長杆（gǎn）件的彎曲變（biàn）形還會（huì）引起工藝係（xì）統振動，進而降低零件的加工精度（dù）和粗糙（cāo）度。

      １.１　受力變形

      細長杆車（chē）削受力分析如圖１所示。加工過程中，細長杆件所受的外力（lì）主要有切削力（軸（zhóu）向切削力Ｐｘ、徑向切（qiē）削力Ｐｙ及切向切削力Ｐｚ）、自身重力Ｇ、旋轉產生的離心力、軸向頂力Ｆｘ，這（zhè）些力共同（tóng）作用，導致杆（gǎn）件產生彎曲變形。杆件（jiàn）變形（xíng）的最直接後果是產（chǎn）生（shēng）振動，從而影響工件的圓柱度和表（biǎo）麵粗糙度。一（yī）般來講，工件彎曲越（yuè）大（dà），車削時振（zhèn）動越（yuè）大（dà），表麵質量精度（dù）也就（jiù）越難保證。

      １.２　受熱變形

      細長杆件在車削時熱擴散性差、線膨脹性大，由於車（chē）床主軸卡盤（pán）和尾架頂尖之間的距離固定不（bú）變，當工件的熱（rè）伸長達到一定值時（shí），便會產生彎曲變形。細長杆件熱變形（xíng）伸長量ΔＬ（ｍｍ）的計算公式為：

                                                        ΔＬ＝αＬΔｔ。

      其中：α 為杆件材料熱膨脹（zhàng）係數（shù），１／℃；Ｌ 為杆件的總長，ｍｍ；Δｔ為杆件升高的（de）溫度，℃。

      由此可見，工藝係統的熱變形和受力變形是影響細長杆件加工（gōng）精度（dù）的兩大主要因素，完全可以通過調整機床（chuáng）、應用加工輔具、選用合適刀具（jù）、控（kòng）製切削用量等對其進行補救

      ２.防止和減小細長杆（gǎn）件加工變形的工藝措施

      ２.１　杆件加工前的校正

      細長杆件的毛坯一般為（wéi）鍛造或（huò）拉伸件，在製造、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，很容易對（duì）車（chē）削（xuē）質量造成影響。所以，細長杆件在加工前都（dōu）需要進行校（xiào）正，亦稱找正。找正的目（mù）的主要是（shì）校直，以防因加工餘量不均勻而車不圓，或因彎曲離心（xīn）力（lì）大而增加杆的彎（wān）曲度，造成無法（fǎ）車削。校正的標準（zhǔn）是：粗車時應保證工件加工餘量基本（běn）一致（zhì）；半精車和精車時應保證待加工表麵與已加工（gōng）表麵相對位置符合要求。

      細長杆件的校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（zhí）擊法。此法適用（yòng）於細而長的杆件。低速旋轉工件，用粉筆標記凸點。將一（yī）凹形鐵塊（或橡膠塊）墊靠於（yú）工件（jiàn）凸點的（de）背麵，用（yòng）手錘擊打杆件凸點，使其伸直。多次反複，輔以旋轉查看，可使工件校直。

      （２）凹麵延展法。此法適用於杆徑相對較大、杆長較長的（de）細（xì）長杆。在杆件兩端（duān）鑽中心孔，以主軸頂尖和車床尾座頂尖共同支承。手動轉動工件（jiàn），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（jià）以Ｖ 型（xíng）或凹（āo）弧型螺紋千（qiān）斤頂，稍（shāo）過支承。手錘反複擊打杆件的凹麵，使凹麵（miàn）材（cái）料延展，從而校直杆（gǎn）件。

      （３）拖板擠壓（yā）法。此法（fǎ）適用於杆長較（jiào）短的細長。開動車床使工件旋轉，用一根長約300mm的木搭在中拖板和方刀台上（shàng），搖（yáo）動中拖板，使木棍壓（yā）向工（gōng）彎曲部分。繼續移動中拖（tuō）板，跟緊尾（wěi）座頂尖，以防工（gōng）脫出，待工件繼（jì）續旋轉幾（jǐ）秒鍾，再將中（zhōng）拖板慢慢（màn）退，並適當鬆退尾座頂尖。反複多次，可使杆件校直。

      ２．２　杆（gǎn）件（jiàn）裝（zhuāng）夾方式選擇

      ２．２．１　采用雙頂尖軸向（xiàng）裝夾

      在車床上車（chē）削細長杆，裝夾方（fāng）式通常有兩種：一是“一夾一頂”，以卡盤夾住細（xì）長杆的左端，用尾架頂尖頂住杆件的右端（duān）；二是“雙尖對（duì）頂”，細長杆件的兩端都以頂尖來（lái）支承。一夾一頂裝夾方（fāng）式的主要弊端（duān）是：①頂（dǐng）尖頂（dǐng）得太緊，細長杆容易受軸（zhóu）向擠壓而產生（shēng）彎曲變形；②機床卡爪夾緊時（shí）容易形成過定位（wèi），造成卡盤與頂尖不同軸。所以，在（zài）隻能選擇一夾一頂的情況下（xià），可（kě）在細長杆件的左端套上一個開口鋼圈（寬（kuān）度以10mm左右為宜），旨（zhǐ）在縮減杆件與卡爪的軸（zhóu）向接觸長度，避免產生過定位。

      條件允（yǔn）許的情況下，可以優先選擇雙尖（jiān）對頂裝夾，以保證同軸度。但此裝夾存在剛性差、變（biàn）形大、振（zhèn）動大的（de）弊端，所以更適用於長徑（jìng）比（bǐ）不太大、加工餘量比較小（xiǎo），且同軸度要求比較高的杆（gǎn）件（精（jīng）加時優先選擇此（cǐ）法）。

      ２.２.２　采用跟刀架和中心架

      使用跟刀架和中（zhōng）心架的目（mù）的是保證細長杆件的形狀（zhuàng）精度，同時（shí）減小表麵粗糙（cāo）度。其基本原理是通過在（zài）細長杆中間增加支（zhī）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。跟刀架的支承（chéng）塊最好選用耐（nài）磨鑄鐵或（huò）鑄鋼，每（měi）車一刀之前，都應研磨一次支承塊，以保（bǎo）證支承麵與工（gōng）件表麵完全（quán）吻合；其位置應當保持支承爪離車刀３ｍｍ～４ｍｍ，如果過遠，容易在（zài）車削過程中產生振（zhèn）動。

      如果要使用中心架，可事先在工件上車出承搭中心架的溝槽。如果細長杆的長徑比過大，溝（gōu）槽不易車削，則可在細長杆上安裝一個過渡套筒，使卡（kǎ）爪隻跟過渡套筒（tǒng）的外表麵接觸，而不直接接觸毛坯軸。過渡套筒的四周均勻分布３個或４個螺釘，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（zhóu）線與主軸軸線一致，從而保證車（chē）削精度。

      ２．２．３　采用軸向拉夾法減小壓應力

      中心架和（hé）跟刀架的（de）使用可（kě）以增加杆件剛度，減小徑（jìng）向切（qiē）削力對加工的危害。但軸向切削力壓彎（wān）杆件（尤其是長徑比較大杆件）的問題卻並（bìng）未得到（dào）解決。所以，實際生（shēng）產中常用軸向拉夾的方法來消除杆件中的壓（yā）應力。一般由卡（kǎ）盤夾緊細長杆件的左（zuǒ）端，而用專門設計的夾拉頭夾緊其右端，夾拉頭與卡盤反向施力，以（yǐ）保證（zhèng）細（xì）長杆（gǎn）在車削過程中始終隻受到軸向拉力，而不會被車刀的軸（zhóu）向切（qiē）削力（lì）壓彎（wān）；而且，軸向拉力（lì）還能對因切削熱而導致的軸向伸（shēn）長進行適度補償，從而提高杆件的剛性與加工精度。

      ２.３刀具（jù）及幾（jǐ）何參數的科學（xué）選擇

      切削力（lì）的大小主要（yào）由車刀的（de）前角、主（zhǔ）偏角和刃傾角來決定，所以這些參數需要科學選（xuǎn）擇。前角的大小與切削力、切削溫度和切削功率密切（qiē）相關。前角增大，切削力減小，所以，隻要不影響車刀的強度，應該盡量增大刀具的（de）前角。為使切屑能及時彎曲折斷、排出，同時保持前刀麵的光潔與主刀刃的鋒利，刀具的前刀麵宜磨出（chū）相應的斷屑槽。

      切削力可以分解為軸（zhóu）向切削力（lì）Ｐｘ、徑向切削力Pｙ以及切向（xiàng）切削（xuē）力Ｐｚ，主（zhǔ）偏角的大小則與這３個力的大小及相互比（bǐ）例密切相關。主偏角增（zēng）大，徑向切（qiē）削力（lì）Ｐｙ顯著減小，而切向切削力Ｐｚ則略有增大。通常情（qíng）況下，為使３個切削分力的比例關（guān）係相對合理（lǐ），主偏角的取值宜在６０°～７５°範圍內（nèi）。

      刃傾角（jiǎo）的大小決定著切屑的流向、刀（dāo）尖的強度，同時也影響著３個切削分力之間的比例關係。刃傾角增大，徑向切削力急劇減小，但對軸向切削力和切向切削力的影響並不大，隻（zhī）是略有增大。通常，刃（rèn）傾角為－１０°～＋１０°，可使３個切削分力的比例關（guān）係相對合理。車削細長（zhǎng）杆件的刀具（jù）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、進給量（liàng）、切削（xuē）速度，其大小不僅影響加工效率（lǜ），更會對切削（xuē）力、切削熱產生重大影響（xiǎng）。因此，細長（zhǎng）杆件車（chē）削中的切削用量選擇非常重要。

      要保持工藝係統的剛度不變，切（qiē）削深度與切削（xuē）力、切削熱（rè）成正比。因此，要想減少力變形和（hé）熱變形，在車削細長杆件時應該選擇較小的切削深度。

      進給量與切（qiē）削厚度成正（zhèng）比。進給量增大，切削力雖然也會跟著（zhe）增大，但並不明顯，所以，從提高切削效率（lǜ）的角度來看，增（zēng）大進給量比增大切削深度更有利。

      切削速度與切削力成反比。提高切削速度，切（qiē）削溫度隨之升高，刀具（jù）與工件之間的摩擦力則減小，細（xì）長杆的受力變（biàn）形變小（xiǎo）。但是，如果切削速度過（guò）高，又常會使細長杆因離心力而出現彎曲，，影響切削過程的（de）平穩。因此，切（qiē）削速度（dù）需要控製（zhì）在適度（dù）範圍內。杆（gǎn）件（jiàn）的長徑比越大，切削速度越需適當降低。粗車細長杆件的切削用量參考值見表２。

      ２.５　合（hé）理選擇切削液

      切削液在車削細長杆件（jiàn）過程中的主要作用是冷卻和潤滑，因此，選擇切削液應盡（jìn）可能做到兩者兼顧。一般宜（yí）選用流量足的冷卻液潤滑（huá），既冷卻工件（jiàn）和跟刀（dāo）架支承爪，又潤滑支承（chéng）麵，減少工件表麵的摩擦，從而保證加工（gōng）精度。細長（zhǎng）杆在粗車時的加工（gōng）餘量比較大，選用的切削（xuē）深度和進給量（liàng）必然也較大，由此會加大切削阻力，並進一步產生較多的切削熱，刀具因此加劇磨損，所以，精車應當首先考慮冷卻因素，適宜選擇（zé）具有一定清洗、潤滑及防鏽功能的水基切（qiē）削（xuē）液，及時地將切削熱帶走，以降低工件的切削溫度，從而提高刀具耐用度。精車細（xì）長杆時，切削餘量（liàng）相對較小，切削深度小，進給量小，切削力也（yě）小，杆件（jiàn）溫（wēn）度不高，以采（cǎi）用高濃度（質量分數１０％以上（shàng））的乳化液和含油性添加劑的（de）切削液為宜。

      ３. 細長杆加工中幾種常見（jiàn）的質量問題分析

      由（yóu）於（yú）細長杆類（lèi）零件結構特殊，裝夾困難（nán），運動穩定性較差，因此在車削中經常會出現各種各樣的質量問題。全麵分（fèn）析這些質量（liàng）問題產生的原因、危害（hài），研究製定相應的（de）預防措施和對策，可以有效提高杆（gǎn）件（jiàn）的（de）加工質量。表３為細長杆件加工缺陷的原因分析及（jí）預防措施。

      ４　結語

      細長杆類零件的車削加（jiā）工（gōng）雖然難度較大，但它（tā）也有一定的規律性，隻要我們能（néng）夠抓住裝夾方式選（xuǎn）擇、中心（xīn）架（jià）和跟刀架（jià）的使用、解決工件熱變形伸長以及合理選擇車刀幾何形狀等關（guān）鍵技術，所有（yǒu）問題便都能迎刃（rèn）而解。