細(xì)長(zhǎng)軸車削時(shí)應(yīng)注意的問題及方法

摘要：由于細(xì)長(zhǎng)軸的特點(diǎn)和技術(shù)要求，在車削加工時(shí)，易產(chǎn)生振動(dòng)、多棱、竹節(jié)、圓柱度差和彎曲等。要想順利地把它車好，必須注意加工過程中有可能出現(xiàn)的問題。

關(guān)鍵詞：細(xì)長(zhǎng)軸、車削、變形、消除方法

細(xì)長(zhǎng)軸是指被加工工件長(zhǎng)度與直徑的比值大于20以上的軸類零件。因?yàn)楣ぜ^長(zhǎng)，所以剛性較差，在切削過程中容易產(chǎn)生振動(dòng)，也會(huì)因切削熱而在長(zhǎng)度方向產(chǎn)生變形，由于走完一刀的時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致刀具的磨損量較大，也致使工件的形位公差精度和表面粗糙度較難達(dá)到圖紙要求。

1.細(xì)長(zhǎng)軸的加工特點(diǎn)

1.1.車削時(shí)產(chǎn)生的徑向切削力會(huì)使工件彎曲，引起振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度。

1.2. 工件的自重、變形和振動(dòng)，會(huì)影響工件圓柱度和表面粗糙度。

1.3. 工件高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力的作用下變形，加劇了工件的彎曲和振動(dòng)。

1.4. 產(chǎn)生的切削熱會(huì)導(dǎo)致工件軸向伸長(zhǎng)變形，使工件發(fā)生彎曲，影響加工質(zhì)量。

2.車削細(xì)長(zhǎng)軸應(yīng)注意的問題

細(xì)長(zhǎng)軸車削在機(jī)械加工中較為常見，由于其剛性差，加工難度較大。如果能夠采用正確的切削方法，選擇合適的刀具及切削用量，有效地裝夾定位工件，就能夠有效地降低切削溫度、減少熱變形，最終獲得滿意的加工效果。

2.1.機(jī)床調(diào)整

車床主軸中心線與尾座中心線同軸，并與車床大導(dǎo)軌平行，允差應(yīng)小于0.02mm。

2.2.工件安裝

采用兩頂尖裝夾或用卡盤與頂尖配合裝夾，合理地使用中心架或跟刀架作為輔助支承，以增加工件的裝夾剛度。用卡盤與頂尖配合裝夾時(shí)，被夾持部分最好不超過10mm。

2.3.刀具

采用主偏角Κr = 75°～90°的偏刀，選擇正刃傾角（λS>0），能夠減小徑向力和振動(dòng)，還可以使切屑流向待加工表面。保持切削刃口鋒利，前角γ0控制在15°～30°之間，副后角α′0控制在4°～6°之間，刀尖圓角半徑r<0.3mm。刀具安裝應(yīng)略高于車床主軸中心。

2.4.輔助支承安裝

車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，一般都要安裝中心架或跟刀架作為輔助支承，來(lái)增加工件的剛性，防止工件因振動(dòng)或因離心力的作用被甩彎。

2.5.工件熱變形伸長(zhǎng)

防止工件熱變形伸長(zhǎng)的方法：使用彈性頂尖（俗稱活動(dòng)頂針）。當(dāng)工件受熱伸長(zhǎng)時(shí)，使頂尖有向后退讓的余量，防止工件產(chǎn)生彎曲變形。在切削過程中，應(yīng)注意對(duì)頂尖的調(diào)整，以剛頂上工件為宜，不宜緊，并隨時(shí)觀察頂尖的松緊，進(jìn)行調(diào)整。切削時(shí)加注充分的切削液，以吸收產(chǎn)生的切削熱，同時(shí)也使跟刀架爪與工件接觸處有良好的潤(rùn)滑。

3.車削細(xì)長(zhǎng)軸容易產(chǎn)生的缺陷及消除方法

在加工過程中，由于剛性差，在切削力和切削熱的作用下，很容易產(chǎn)生諸如徑向跳動(dòng)、彎曲變形等問題及振動(dòng)波紋、錐度、竹節(jié)形、腰鼓形等加工缺陷，嚴(yán)重影響零件的加工精度及表面粗糙度，因此，在加工前，對(duì)機(jī)床的調(diào)整、跟刀架、中心架的合理應(yīng)用、刀具及切削用量的選擇等都提出了較嚴(yán)格的要求以消除加工缺陷的產(chǎn)生。

3.1.徑向跳動(dòng)

徑向跳動(dòng)的產(chǎn)生主要由機(jī)床主軸間隙過大造成，通過對(duì)機(jī)床主軸進(jìn)行調(diào)整，能夠消除由于機(jī)床主軸間隙過大而產(chǎn)生的徑向跳動(dòng)。

3.2.彎曲變形

當(dāng)細(xì)長(zhǎng)軸工件已經(jīng)熱校直且加工余量足夠，裝夾方法也合理，而在車削過程中產(chǎn)生彎曲變形的情況主要是由于切削力過大所致，而在切削過程中產(chǎn)生的切削熱會(huì)引起工件受熱變形伸長(zhǎng)，導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)軸受到軸向擠壓而產(chǎn)生彎曲變形。

消除方法：

3.2.1.采用彈性活動(dòng)頂尖，使細(xì)長(zhǎng)軸受熱后可以自由伸長(zhǎng)，減少其受熱彎曲變形。

3.2.2.采用雙刀切削法抵消車削時(shí)產(chǎn)生的徑向切削力。

3.2.3.采用跟刀架或中心架作輔助支撐，以增加細(xì)長(zhǎng)軸的剛度，能夠有效地減少?gòu)较蚯邢髁?duì)細(xì)長(zhǎng)軸的影響。

3.2.4.采用反向切削法車削消除因軸向切削力引起的彎曲變形，同時(shí)采用彈性活頂尖，補(bǔ)償工件的受壓變形和熱伸長(zhǎng)量，避免工件壓彎變形。

3.2.5.選擇合理的刀具角度，盡量減少背吃刀量，適當(dāng)增大進(jìn)給量，選擇合適的切削速度。

3.3.振動(dòng)波紋

振動(dòng)波紋是在切削過程中，工件有規(guī)律的振動(dòng)，其原因主要是跟刀架爪的圓弧面與工件圓弧面接觸不良，或跟刀架爪的壓力過大或過小。其次是頂尖軸承松動(dòng)或圓柱度超差，在開始吃刀時(shí)就產(chǎn)生振動(dòng)及橢圓。

消除方法：

3.3.1.加工前應(yīng)將跟刀架爪的圓弧面嚴(yán)格按前面所述方法研磨，在走刀過程中要隨時(shí)檢查上爪的壓力變化情況，及時(shí)調(diào)整。如已產(chǎn)生振動(dòng)，可重新輕走一刀，去掉波紋，再進(jìn)行切削加工，也可將機(jī)床轉(zhuǎn)速降低一些，用手動(dòng)走刀將有波紋的一段車過去，再進(jìn)行機(jī)動(dòng)走刀。也可采用三只支承爪的跟刀架支承工件，使工件車削時(shí)穩(wěn)定，不易產(chǎn)生振動(dòng)。

3.3.2.當(dāng)發(fā)現(xiàn)是頂尖問題造成的振動(dòng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換精度高的活頂尖。

3.4.錐度

細(xì)長(zhǎng)軸加工時(shí)產(chǎn)生錐度的主要原因有尾座頂尖與主軸中心不同軸、車床床身導(dǎo)軌與主軸中心線不平行、刀具在切削過程中磨損、工件剛性不夠，出現(xiàn)讓刀。

消除方法：

3.4.1.車削前，校正尾座頂尖與車床主軸軸線的同心度。

3.4.2.調(diào)整車床主軸與床身導(dǎo)軌的平行度。

3.4.3.選擇合適的刀具材質(zhì)和合理的刀具幾何角度。

3.4.4.合理使用輔助支承，增加工件的裝夾剛性。

3.5.竹節(jié)形

“竹節(jié)形”的產(chǎn)生原因，一是由于車床大拖板和中拖板的間隙過大造成，當(dāng)車刀從跟刀架支承基準(zhǔn)處接刀開始切削時(shí)，產(chǎn)生“讓刀”，使車出的一段直徑增大，繼續(xù)走刀車削，當(dāng)跟刀架爪接觸到工件直徑大的一段，使工件的旋轉(zhuǎn)中心壓向車刀一邊，車出來(lái)的工件直徑減小。繼續(xù)走刀，使工件有規(guī)律的離開和靠近車刀，形成“竹節(jié)形”。二是由于跟刀架外側(cè)支承爪調(diào)整過緊造成，開始車削時(shí)，由于靠近尾座頂尖，工件剛性較大，不易變形。隨著車刀向前移動(dòng)，工件剛度逐漸下降，跟刀架爪支持緊力將工件壓向車刀，車出工件直徑減小。當(dāng)跟刀架爪走到減小的直徑段時(shí)，工件向外壓向支承爪，結(jié)果使車出的工件直徑增大。如此循環(huán)，也會(huì)形成“竹節(jié)形”。

消除方法：

3.5.1.調(diào)整機(jī)床大拖板和中拖板間隙，增強(qiáng)機(jī)床剛性。

3.5.2.首次接刀時(shí)，在接刀基面多切深（0.05～0.1）mm，以消除走刀時(shí)的“讓刀”現(xiàn)象。

3.5.3.適當(dāng)調(diào)整跟刀架爪與工件接觸處的壓力，使爪面既與工件接觸實(shí)，又松緊適當(dāng)。

3.5.4.選擇適當(dāng)?shù)那邢饔昧浚瑴p少工件變形抗力。

3.5.5.注意頂尖和頂尖孔的精度，使頂尖對(duì)工件的支持力松緊適當(dāng)。

4.結(jié)論

車床加工細(xì)長(zhǎng)軸在機(jī)械加工中較為常見，由于其剛性差，加工時(shí)受切削力、切削熱等因素的影響，變形較大，很難保證細(xì)長(zhǎng)軸的加工質(zhì)量要求。通過采用合適的裝夾方式，采取合理的輔助支承和先進(jìn)的加工方法，同時(shí)選擇合理的刀具角度和切削用量，是能夠保證細(xì)長(zhǎng)軸的加工質(zhì)量要求的。