細長軸車削加工淺探

張博

（中國電子科技集團公司第四十研究所，安徽 蚌埠 233000）

細長軸車削加工淺探

張博

（中國電子科技集團公司第四十研究所，安徽 蚌埠 233000）

細長軸車削加工是一種常用的機械加工方法，對技術有較高要求。本文在分析了細長軸的車削加工特點的基礎上，對細長軸車削加工的方法進行了探討，旨在優化加工技術，促進細長軸加工質量的提高。

細長軸；車削加工；特點；方法

細長軸是機械上的一個非常關鍵的零件，對于細長軸的加工通常應用車削加工方法。在細長軸的車削加工過程中，受細長軸自身剛性差、抗彎力弱等特點及加工過程中產生的殘余應力等因素的影響，工件在加工過程中很容易出現彎曲變形，從而對工件與刀具相對運動的準確性造成影響，使加工出來的工件精度不高。因此，在細長軸的車削加工過程中，應采取有效方法對彎曲變形情況進行控制，以提高加工的質量。

1 細長軸車削加工的特點

細長軸主要是指工件長度與直徑的比值小余或等于20的軸，細長軸是機器上的一個關鍵零件，其主要是對傳動零件起到抑制支配的作用，并且實現運動和傳遞轉矩的目的。細長軸加工技術難度非常大，一是由于細長軸對加工精度具有極高的要求，二是細長軸自身具有一定不足，如剛性不足、振動性大等，進一步增加了加工的難度。從整體上看，細長軸加工主要具有以下特點：一是散熱能力較差。工件在切削熱的影響下，其軸向尺寸會變長，如若軸的兩端是固定支承，則會因為頂尖間卡死或受到擠壓而完全變形等情況而使得難以繼續加工工件的情況出現；二是細長軸剛性不足。在對其進行加工時，要對細長軸進行裝夾，在重力及切削力的作用下則極易出現變形彎曲等情況，從而出現振動問題，最終導致實際加工所得細長軸表面不夠光滑，且精度也無法達到相應要求；三是細長軸的軸向尺寸較長，在實際加工時，一次走刀需要花費較長時間。進一步增加了技術難度；四是在離心力的影響下，高速旋轉的工件較容易出現彎曲及振動等不利于加工精度控制的問題；五是剛性差。由于細長軸長徑比往往超過25，這就使其車削加工具有剛性差的特點。以長徑30且基體硬度在37-42HRC的某型號中沉淀硬化不銹鋼細長軸零件為例，由于剛性差的特點使其經固溶且粗加工時出現加工硬化以及嚴重變形的情況，從而致使該零件難以達到圖紙要求。

2 細長軸車削加工的方法

2.1 合理選擇切削用量

在細長軸加工過程中，切削量選擇是加強技術控制的一個關鍵環節，應該科學合理的選擇切削量。而對于切削量的合理選擇，主要從三個方面進行控制。一是切削深度，由于隨著切削深度地不斷增加，車削過程中形成的切削熱及切削力會增加細長軸的受熱變形與受力，因此，為了減小對車削加工的影響，要盡可能小的減小切削的深度。二是進給量，在車削過程中，隨著進給量地增加，切削的厚度也不斷增加，但是切削力并不會根據正比增加，因此會給細長軸的受力變形系數帶來很大的影響。而相對于通過增加切削深度來提升切削效率的方式而言，增加進給量是一個更為有效的選擇。隨著數控技術的快速發展，五軸加工被廣泛的運用于模具制造、高精密儀器、船舶、航空航天等領域中，但是五軸技術應用過程中，自動編程軟件是作用得以發揮的根本。對于加工過程中毛坯殘留量的識別、干涉刀具夾頭及工裝夾具間以及排布刀具等的檢查都是依賴于自動編程軟件，這就導致編程工作人員難以借助計算機來進行設置，只能結合經驗對切削參數進行優化，以期使加工軌跡更為準確。三是切削速度，由于切削深度增加會使得切削溫度升高，導致工件與刀具間的摩擦力減小，因此適當的提高切削的速度可以降低切削力，進而減小細長軸的受力變形。但是切削速度的提升也是需要控制在一定的范圍之內的，因為切削速度過高也會導致細長軸在離心力的作用下發生彎曲變形的情況，尤其是對于長徑較大的工件來說，應適當的降低切削的速度。

2.2 科學選取裝夾方法

在細長軸車削加工過程中，有多種裝夾方法，各種方法都有其特點，因此要科學選取才能更好的確保加工精度。常用的細長軸車削加工裝夾方法主要有以下幾種。

（1）雙頂尖裝夾法。該種裝夾方法可以有效的確保同心度，且工件操作方便，定位精度高，因此在車削細長軸加工中應用非常廣泛。但雙頂尖裝夾法也有不足之處，那就是剛性度低，不利于切削用量的提升。應用的注意事項主要有兩方面，一是配合錐孔和頂尖，應確保錐孔無殘留物；二是對于實時更換的頂尖，要合理的添加潤滑劑。

（2）一夾一頂裝夾法。該種裝夾法具有穩定性及安全性高的特點，在承受進給力方面較為有優勢。但是在應用過程中要注意以下兩方面：一是對頂尖位置的合理控制，頂尖位置不能過緊，否則會頂彎細長軸，而且由于細長軸熱擴散性能較差，頂尖位置過緊會造成軸向形成壓力，進而擠彎細長軸。針對這個問題，主要采取將彈性活頂尖應用于頂尖位置的方法來解決。二是不在相同軸向上的頂尖孔和卡抓加緊面，會造成車削的時候出現彎曲變形。為此，通常在細長軸和卡抓間墊入一個開口鋼絲繩的方法加以解決。

（3）雙刀切削法。這種方法原理在于運用力相互抵消的方法來將細長軸的橫向受力降低，進而防止出現變形彎曲等現象，已達到提高加工精度的目的，當前此方法在批量生產當中較為常用。

（4）采用跟刀架和中心架。該種方法主要在細長軸剛性較差，更容易出現彎曲變形的情況應用較多，其通過縮短支承點與切削作用點的距離來提升細長軸的剛性。

（5）反向切削法。車削過程中從主軸卡盤開始往尾架方向給刀，使形成的軸向切削力確保細長軸受拉，進而防止彎曲變形。另外為防止工件出現壓彎變形現象，反向切削中我們可以使用具有彈性的尾架頂尖，這樣一來能夠很好地把刀具到尾架之間工件在加工中出現的熱伸長量與受壓變形予以補償。

2.3 降低工件熱變形伸長概率

在細長軸車削加工過程中，會出現“熱變形”現象，這主要是由于在切削熱的制約下，工件會伴隨著溫度的升高而出現伸長變形。對于“熱變形”的控制，在通常的軸類的車削加工中也許可以忽略，但是在細長軸的車削加工中卻要加以考慮，因為工件長，總伸長量長會給車削加工精度造成很大的影響，因此必須加以控制。一是對彈性回轉頂尖的應用。在彈性回轉頂尖的輔助下，細長軸能夠大大的完善工件的熱變形伸長，降低工件出現彎曲的概率，確保車削加工正常順利的進行。二是充分加注切削液。在細長軸的車削加工過程中，切削液的加注對于降低工件熱變形伸長有很大作用。在對細長軸車削的時候，不管是高速的車削還是低速的車削，溫度的提升都會導致熱變形情況，而通過切削液可以使細長軸進行完全的冷卻，進而降低熱變形率。

此外，細長軸車削加工過程中切削液的使用可以在防止與刀架支承爪拉毛工件情況下起到保證車削質量及保護刀具之目的。三是在車削過程中，確保刀具的鋒利，也可以通過減小工件與車刀之間的摩擦發熱而降低熱變形的出現。

2.4 減少殘余應力

在加工細長軸的車削時，工件會因為機械加工、熱處理和原材料組織結構等方面的影響而存在一定內應力，如若不采取有效措施進行把控，在后面的加工工序中釋放出此內應力，將導致工件變形的情況出現，使得工件表面粗糙程度、形位公差和尺寸公差等出現。而且細長軸在加工過程中在內部殘余應力的影響下，工件出現彎曲變形的概率非常大，因此必須采取有效的措施來減少加工過程中形成的殘余應力。

對于工件內部殘余應力的消除，首先要正確采取半精加工和精加工的方法來釋放內應力，主要是在細長軸熱處理后的加工進行；同時在半精加工和精加工之間安排無損檢測，以檢測熱處理可能出現的缺陷，避免存在隱患給加工帶來影響。而對于部分無法通過半精加工和精加工釋放的較大的內應力，就要采取去應力時效的方法對殘余的應力進行消除，以減小對后續加工的影響，確保細長軸車削加工的順利完成。另外，在處理部分具有較大內應力的工件過程中，由于無法通過半精加工、精加工這兩種方式將其內應力予以釋放，為了讓后續加工有效地開展我們必須要將其殘余應力消除掉。

3 結語

總而言之，細長軸車削加工過程中受到工件自身特點的限制，以及切削力、殘余應力及熱變形等因素而影響，這就使其加工質量控制存在較大的難度。但是在細長軸車削過程中，只要科學合理的選擇切削用量及裝夾方法，并采取有效方法消除殘余應力，加強熱變形控制，就能夠有效確保細長軸加工的精度，促進工件加工質量的提高。

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