細長桿的車削加工技術淺析

宋宏明

（長沙航空職業技術學院，湖南 長沙 410124）

細長桿是車削加工中較常見的一類零件，因其剛性差，在加工過程中易彎曲和振動，又受切削熱的影響大，常常使工件的加工精度和表面粗糙度達不到預期的要求而報廢，故細長桿是車削加工中較難加工的一類零件。對細長桿的加工人們進行了很多研究和生產實踐，為方便同行，特把能收集到的有關生產經驗與理論研究加以歸納與分析。

1 車削細長桿的常見缺陷及其原因

（1）腰鼓形。腰鼓形缺陷是指車出來的細長桿其直徑兩端小中間大，如圖1所示。其產生原因主要是：①背向力Fp和進給力Ff的影響。背向力Fp作用在細長桿的徑向，起到頂彎工件的作用，進給力Ff作用在工件的軸向方向，起壓彎工件的作用，在彎曲大的地方，讓刀多，車出的直徑大；于切削熱的影響，在切削過程中，所消耗的功率都轉化為切削熱，在采用固定頂尖支撐時，由于工件兩端是固定的，工件在切削熱作用下溫度升高而熱脹伸長時受到限制，迫使工件彎曲。

圖1 背向力Fp和進給力Ff對細長桿加工的影響

（2）竹節形。竹節形缺陷是指細長桿的直徑呈周期性變化。其產生原因主要是采用跟刀架時沒有調整好跟刀架外側支承塊的松緊度，造成跟刀架外側支承塊與工件接觸過緊，這樣易在細長桿中段時出現周期性直徑變化。

（3）錐形。錐形缺陷是指細長桿的直徑一端大一端小。其產生原因主要是：①主軸與頂尖形成的公共軸線與床身導軌不平行；于刀具的耐用度低，在一次走刀過程中，刀具磨損嚴重。

（4）多邊形。多邊形缺陷是指細長桿的截面不圓。其產生原因主要是采用跟刀架時支承塊與工件的接觸不良，有間隙，形成時接觸時不接觸。

（5）表面粗糙度差。其產生原因主要是：①工藝系統的振動。若工件出現彎曲，在高速回轉下，由于離心力的作用，會引起振動并加劇變形；于刀具幾何參數選擇不合理；③切削用量選擇不合理。

2 車削細長桿的工藝措施

（1）加工前的準備。在加工細長桿前應做好以下準備：①調整車床尾座與主軸的同軸度，控制尾座與主軸的同軸度誤差小于等于0.02mm；于調整好車床大、中、小滑板的鍥鐵、鑲條間隙，使滑板的移動無松、滯感；③校直細長桿的毛坯。

（2）裝夾方法的改進。①車削細長桿通常采用一夾一頂的裝夾方法。當工件夾持部分較長時，為減小或消除過定位的影響，可以在卡盤的卡爪上墊上直徑￠2～￠4mm長度約20mm的鋼絲，鋼絲的夾入長度為15～20mm，使工件與卡爪之間為線接觸，可避免夾持中工件的變形與彎曲。尾座頂尖采用彈簧式滑移頂尖，當工件因切削熱膨脹時可以向尾座端伸長，以減小彎曲變形；于正確選用跟刀架及其支承塊。采用跟刀架是彌補工件剛性不足的重要措施，應選用剛性好，三個支承塊分別作用在工件上、下、后三個方向的跟刀架，這樣可與刀具構成兩對徑向力，使工件穩固地夾持在旋轉的軸線上。跟刀架的支承塊采用球鐵，與工件研磨形成弧形面接觸，同時調整好支承塊與工件之間的松緊度，使支承塊與工件接觸良好。適當在支承塊與工件間加入潤滑油，降低摩擦，減小磨損；③若工件長度很大時，可以在工件下面墊放V形或半圓形木塊，使其輕微托住工件。所墊木塊不用固定，允許有少許擺動，以便在切削過程中可以前后移動，這樣可以消除切削時產生的振動。

（3）采用反向進給方式。細長桿用一夾一頂時，若選用反向進給方式，進給力Ff則變為軸向的拉力，使工件拉直，還有利于增強細長桿受其它力的彎曲變形。因此，在粗車細長桿時，選用主偏角Kr為75°的粗車反偏刀，用較大進給量的反向進給方式切削，可以獲得較大的軸向拉力，同時由于三爪卡盤夾持工件，減小了徑向跳動和消除了大幅度振動的現象。在精車細長桿時，采用寬刃彈性車刀，低速大進給加工時，反向進給方式切削同樣適用。

（4）合理選擇刀具的幾何參數。刀具幾何參數的選擇對細長桿的車削加工很關鍵，粗加工細長桿時，選用如圖2所示的反偏刀，刀片材料為YT15或YT5，刀具前角γ0=25°～30°，可以使刀刃鋒利，減小切削力；刀具主偏角Kr=75°～80°，可以減小背向力Fp，但又保留一定的背向力Fp，使工件壓緊在跟刀架的支承塊上；刀刃磨出寬為0.1～0.2mm，角度為-5°～0的負倒棱，提高刀刃的強度及抗沖擊能力；刀尖處磨出長度為0.2～0.3mm的過渡刃和長度為1～1.5mm的水平修光刃，增加刀尖強度，提高刀具使用壽命。

精加工細長桿時，主要任務是保證其加工精度和表面粗糙度要求，可以選用寬刃彈性車刀，彈性刀桿有利于減振和避免扎刀。刀片材料為YT15，寬刃彈性車刀的幾何參數如圖3所示，其水平修光刃長一般為8～10mm，主偏角Kr較小，形成薄切屑；刀具前角γ0=30～40°，使切削輕快，刃口不磨倒棱，以保證刀刃的鋒利。同時，裝刀時刀尖應低于工件中心0.1mm。

（5）合理選擇切削用量。在選用YT15硬質合金刀片時，粗加工的切削用量參考值，切削速度υc=25～35m/min，進給量f=0.3～0.4mm/r，背吃刀量ap=1～1.5mm。精加工的切削用量參考值，切削速度 υc＜5m/min，進給量 f=0.3～0.4mm/r，背吃刀量ap=1～1.5mm。

圖2 粗車反偏刀的幾何參數

圖3 寬刃彈性車刀的幾何參數

3 結語

細長桿雖然結構簡單，但因其剛性差，加工過程中受切削力和切削熱的影響很大，容易產生腰鼓形、竹節形、錐形、多邊形和表面粗糙度差等加工缺陷，嚴重影響了加工精度和加工表面質量。實踐證明，在車削細長桿時，若能合理制訂細長桿的工藝路線，做好加工前的準備，改進裝夾方法和進給方式，合理選擇刀具幾何參數和切削用量等切實有效的工藝措施，就能減小甚至消除這些加工缺陷，保證細長桿的加工精度，并提高加工效率。

［1］ 楊豐，宋宏明.數控加工工藝［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［2］ 劉建軍.機械制造技術［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2008.