细长轴车削加工问题浅析
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摘 要：细长轴属于轴系零件，是机加工中常见的加工零件。在加工细长轴中由于长度与直径比值太大，刚性差，因此在切削力作用下，如其他措施采取不当，会造成细长轴在机加工过程中产生弯曲变形等加工缺陷，给生产带来影响。
关键词：细长轴;切削加工;加工缺陷分析;提高措施
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.007
1 细长轴零件概述
工件长度与直径之比超过一定数值（机械设计手册规定为数值大于等于20）的轴类零件称为细长轴。铁路机车车辆零件中如传动轴、调整螺杆;机床光杠等都属于细长轴。
细长轴车削的加工特点：
细长轴由于长度与直径之比超过一定数值，因此抗弯曲能力差，刚性弱，车削时如果装夹不当，车刀几何角度选择不当，并且不采取稳定措施（如中心架、跟刀架等辅助设备），容易产生加工缺陷，导致加工质量的降低。
2 细长轴车削加工中出现加工问题的分析
在车床上加工削细长轴常见的加工问题主要有：加工弯曲、竹节形、多边形、锥度、表面粗糙度降低等。
（1）弯曲。产生弯曲的原因很多，主要有以下几方面：
1）坯料自重和本身弯曲，应该经过矫直和热处理然后再进行加工;2）工件装夹不良，尾座顶尖与工件中心孔顶的过紧;3）刀尖与跟刀架支撑块间距离过大。
（2）竹节形和多边形。一夹一顶的装夹方式中，会导致出现切削力，并且该力主要分为两种类型，一种是径向切削力，用Py表示，另外一种是轴向切削力，用Px表示，前者如果出现，会导致细长轴发生弯曲现象，致使在水平面的情况下发生变形，如果出现后者切削力，通常情况下，相关零部件不会受到影响，而因为细长轴自身刚性比较差，因此，一旦轴向切削力达到相应的程度，则容易导致细长轴发生弯曲现象。
1）在选择刀具切削用量以及几何参数时，容易发生选择不合适情况，致使发生切削力超过一定规范标准。2）在切削过程中出现热变形情况，有关工件在受热情况下甚至出现伸长等现象。
在实施车削时，往往尾架顶尖以及卡盘不会发生任何移动，所以，尾架顶尖以及卡盘的位置不会发生变化，距离保持不变，因为即使细长轴受热，则不会发生伸长量超过限制情况，但是容易受到轴向的负荷，致使出现变形弯曲等情况。
竹节形和多边形的产生主要与跟刀架的应用存在关联性。跟刀架在应用过程中一旦零件受到不适当的支撑工件负荷力，则容易导致加工精度受到影响。
如果该压力几乎为零，或者两者之间不存在任何接触，则不会产生任何作用，导致零件刚度不会提高，如果该压力比较大，则零件在压力作用下会朝着车刀推进，致使切削的深度大幅度提高，车削直径则往往非常小，如果与刀架同步推移，则小直径外圆处会受到支撑块的作用，导致工件与支撑块之间发生脱离现象，导致工件外向发展，切削深度大幅度降低，车出的直径逐渐扩大啊，而跟刀架会顺着大直径圆移动，车刀会受到工件的压力，致使直径大幅度降低，整个过程会呈现出一定规律，使得攻坚最终变为竹节形状。
（3）锥度。尾座顶尖与主轴轴线对床身导轨的不平行和刀具的磨损是产生锥度的主要原因。
（4）表面粗糙度。表面粗糙度达不到工件的技术要求，是车削细长轴时的一个普遍问题，主要原因如下：1）车削时的振动;2）跟刀架支撑块材料选用不当，与工件接触和摩擦不良，造成表面粗糙度降低;3）刀具几何参数选择不当，造成表面粗糙度降低。
3 提高细长轴加工精度的措施
虽然车细长轴的难度较大，但它也有一定的规律性，主要抓住中心架和跟刀架的使用、解决工件热变形伸长以及合理选择车刀几何形状和切削用量等几个关键技术，问题就能解决。
（1）装夹方法选择。如果应用的装夹方法为双顶尖桩夹，则安装过程没有存在任何错误，并且能过有效定位工件的位置，实现同轴度的有效确定，在细长轴装夹过程中，由于刚性问题，导致细长轴出现变形情况，同时容易出现振动现象。
（2）通过跟刀架和中心架防止出现细长轴变形现象。如果应用的装夹方式为一加一顶方法，则在细长轴车削时能过防止细长轴受到径向切削力的影响，原有的方法在使用时会通过中心架和刀架来实施，即加入相应的支撑件，从而为细长轴的刚度提供保障，避免细长轴受到径向切削力的干扰。
（3）切削用量有效控制。1）切削深度（t）。在对工艺系统刚度进行有效控制的基础上，如果切削深度出现上涨趋势，则相应的切削热以及切削力会随之出现增加，所以，在細长轴车削过程中要有效避免切削深度出现减少情况。2）进给量（f）。切削厚度会受到进给量的影响，往往前者出现增加情况，则后者会随之增大，但是两者之间不是呈现出正比关系，对应的受力变形系数出现降低情况，例如依照切削效率来分析，尽可能选择增大进给量，从而为切削质量和效率提供保障。3）切削速度（v）。提高切削速度有利于降低切削力。
（4）选择合理的刀具角度。1）前角（γ）。增大前角，可以使被切削金属层的塑性变形程度减小，切削力明显减小。增大前角可以降低切削力，所以在细长轴车削中，在保证车刀有足够强度前提下，尽量使刀具的前角增大，前角一般取γ=15°～30°。2）主偏角（kr）。刀具的主偏角是影响径向切削力的主要因素，随着主偏角的增大，径向切削力明显减小，切向切削力在60°～90°时却有所增大。在60°～75°范围内，3个切削分力的比例关系比较合理。在不影响刀具强度情况下，应尽量增大车刀主偏角，一般采用大于60°的主偏角，取kr=80°～93°。3）刃倾角（λs）。刃倾角影响着车削过程中切屑的流向，随着刃倾角的增大，径向切削力明显减小，但轴向切削力和切向切削力却有所增大。选择正刃倾角，取λs=3°使切削屑流向待加工表面，并在车刀前面磨出R11.5～3的断屑槽，使切削顺利卷曲折断。
（5）采用反向进给切削法。在车削长度与直径比比较大的细长轴时，可采用反向进给切削法，车刀从卡盘方向往尾座方向进给。使工件受轴向拉力，能消除振动，提高加工质量。
参考文献：
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