浅谈细长轴车削加工
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[摘 要] 众所周知，在机械加工里面，细长轴车削加工是一种常见的加工方式，这种方式对技术的要求比较高，稍有不慎就可能出现问题。探讨细长轴的车削加工的特点，汇总经常出现的问题，对细长轴车削加工的方法进行总结，不断优化加工的技术，希望给大家提供一些参考，提高细长轴车削加工的质量。
[关 键 词] 细长轴;车削加工;特点;方法
[中图分类号] TG51 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）06-0222-02
我们知道机械上使用的细长轴非常关键，而在细长轴加工的过程中，通常会使用车削加工。因为细长轴自身的特点，比如抗弯能力不强等，在细长轴车削加工的时候，会产生残余应力，由于这些因素的影响，工件可能会出现弯曲变形，导致工件和刀具之间相对运动的准确性受到影响。如此一来，加工的工件精度不是很高，所以在细长轴车削加工的时候要采用有效的方法，通过控制弯曲變形，增强加工的质量，生产出合格的产品。
一、细长轴车削加工的特点
工件的长度和直径的比值大于等于20的轴就是细长轴。在机器上细长轴是非常关键的零件，细长轴能够对传动元件起到良好的抑制和支配作用，并且能够让机械运动起来，实现传递的目的。但是细长轴加工的技术相对来说比较难，对工作的要求比较高。首先细长轴加工的时候，对精度有很高的要求，其次因为细长轴本身的特点导致细长轴的一些性质难以得到满足。细长轴的振动性比较大，刚性不足，这就在一定程度上给加工带来了难度。细长轴加工有自己的特点，从整体上来看，首先是细长轴加工过程中散热能力比较差，工件会受到切削热的影响，细长轴的轴向尺寸会变得很长，如果轴到两端是固定的，那么就会因为顶尖被卡死或者是因为受到挤压而发生变形，这样的情况下就很难再进行加工了。另外，由于细长轴本身的刚性不足，所以在加工的过程中就要对其长轴进行装夹，但是这时候细长轴受到了重力和切削力的作用，又会出现变形弯曲，产生了振动的问题。如此一来，加工得到的细长轴表面不是很光滑，并且精度也不能够达到相应的要求。第三是细长轴的轴向尺寸比较长，实际加工细长轴的过程中一次需要花费很多时间，这也在一定程度上增加了操作的难度。第四是细长轴加工的过程中会受到离心力的影响，工件在高速旋转的过程中也会出现弯曲或者是震动等情况，导致工件的精度难以控制。第五是工件的刚性比较差，达不到要求。通常情况下，细长轴的长径比会大于25，这也是造成程序加工细长轴钢性差的原因。比如，对长径30且基体硬度在37-42HRC的中沉淀硬化不锈钢细长轴来说，这个零件的刚性比较差，这样在扩容或者是粗加工的时候会出现加工的硬化产生严重的变形，导致该零件不能够达到图纸的要求。
二、细长轴车削加工工艺的问题
在车削加工细长轴的过程中，出现弯曲的原因主要有以下几点。（1）程序加工的过程中会受到车削力的影响，出现变形。研究发现在细长轴车削加工的过程中会产生两种切削力，竖方向上的切削力和轴向上的切削力。在细长轴持续加工作业的过程中，这两个力会给细长轴带来不同的影响，导致细长轴出现弯曲变形。细长轴受到轴向切削力的影响，会导致平衡状态发生改变。所以在加工的过程中对细长轴形成了一个力，在切削细长轴中的过程中，竖向的弯曲变形造成的影响不是很大。但是在竖直方向会受到细长轴本身的刚性和稳定性的影响，如果切削细长轴的过程中切削力过大，超出了一定的值，那么工件就会被压弯，进而产生纵向的弯曲变形。一般情况下，车削细长轴的过程中，竖直方向上的切削力对工件产生的弯曲变形影响程度我们可以忽略不计。（2）在加工细长轴的过程中，会受到切削热的影响，在车削细长轴的时候，会产生切削热，进一步导致了工件出现热伸长的问题，另外，因为车削作业的时候卡盘和尾架顶端是固定不动的，所以它们之间的距离不会发生改变，所以加工工艺应该把怎样增强细长轴的精度作为目标，这也就是要求我们在加工的过程中，通过控制工件的精度不断完善工艺的系统受力，提高加工车削的效果。
三、细长轴车削加工方法
（一）合理使用切削用量
细长轴加工的时候，切削量是需要控制的一个指标，所以在施工的过程中要选择合理的切削量。经过研究发现，可以从三个方面对切削量进行控制。一是切削的深度，因为在切削的过程中，深度越深，产生的切削热也会逐步增大，这样就导致细长轴出现受热变形，所以要降低切削的深度。二是要控制进给量，在细长轴切削的时候，随着进给量的逐步增加，切削的厚度也在增加，但是切削力并没有按照正比例在增加，这样的情况下就会对细长轴的受力变形系数带来影响。所以在加工的过程中利用增加切削深度这种方式能够很大程度上提高切削的效率，而增加进给量是一个更有效的方式。现在科学技术不断进步，在很多领域应用了数控技术，在模具制造以及航空航天领域，五轴加工被广泛的应用开来。在这项技术中，自动编程软件发挥着重要的作用，在加工的时候毛坯残留量的识别，刀具夹头的干涉以及工装夹具和排布刀具的识别等都需要自动编程软件去识别，这样如果工作人员不能利用计算机来编程，那么在切削的时候，很难优化解决的参数，导致加工轨迹不是很准确。所以工作人员的经验也很重要。在车削的过程中，要不断摸索，不断总结经验。三是要掌握好切削的速度，随着切削深度的增加，切削的温度也在增高，这样摩擦力就逐渐变小了，所以适当增强切削的速度能够很大程度上减小切削力，从而降低细长轴的受力变形。但是切削速度也并不是越大越好，需要控制在一定的范围，因为切削速度太高的话，也会让细长轴在离心力的作用下出现弯曲变形，特别是对长径比较大的工件，切削速度一定要控制，不能太大，要适当降低切削的速度。 （二）选取科学的装夹方法
细长轴车削加工的时候会使用很多装夹的方法，每种方法都有自己的特点，所以要根据具体情况选择合适的方法，这样能够保证加工的精度。工作人员在操作的过程中，要合理的选择装夹，达到事半功倍的效果。常用的方法主要有以下几种
1.双顶尖安装法，这种方法能够保证同心度，并且在加工的过程中操作非常方便，能够进行准确定位，所以在细长轴车削加工的时候使用这种方法能够取得很好的效果，这种方法也非常广泛的使用开来。但是这种方法也有自己的缺点，比如说，刚性度比较低，这种方式受到了一定的限制。在使用这种方法的时候要注意两点：一是要结合针孔和顶尖使用保证锥孔没有残留物质;二是要及时更换顶尖，必要的时候要添加润滑剂。
2.一夹一顶装夹法，这种方法的稳定性很高，而且操作的安全性能强。这种方式在竞争力方面有独特的优势，但是在具体应用的时候仍然要注意。首先是要合理控制顶尖的位置，顶尖的位置不能太紧，不能太松，不然就会把细长轴顶弯。而且细长轴热扩散性比较差。如果顶尖太緊，就会形成轴向的压力，把细长轴挤弯曲。遇到这样的情况，我们要把弹性的活顶尖应用在顶尖的位置。同时不能在相同轴向上的顶尖孔和卡抓加紧面，不然的话会形成车缺的半曲变形，一般情况下在细长轴组合卡抓之间要垫上一个开口的钢丝绳。
3.双刀切法。这种方式使用两个相互抵消的力来把细长轴的横向受力较低，利用这种方式能够很大程度上降低弯曲变形，提高加工的精度，所以这种方式经常用在批量生产上。第四种方式是用跟刀架和中心架的方法，这样的方法制作精细程度高，性比较差，容易出现弯曲变形，通过有效地缩短支撑点和欠缺作用点的距离来增强细长轴的刚性。第五种方法是反向切削法。在车削的时候，从主轴的卡盘开始向回夹的方向用力，这样能够形成轴向的切削力，保证细长轴受拉，杜绝出现弯曲变形的现象。为了有效防止工件出现压弯变形的现象，在使用反向切削的时候可以利用一个具有弹性的尾架顶尖，如此一来，可以把刀具到尾架之间的热伸长量和受压变形给予补偿。
（三）减少工件热变形的伸长概率
细长轴车削加工的时候，经常会出现热变形这种现象，这主要是因为产生了切削热，在切削热的制约下，工件通常情况下温度升高，出现了伸长变形。一般的轴类车削加工的过程中可以忽略热变形，但是细长轴的车削加工中就要考虑到热变形的影响。因为细长轴的工件很长，所以总的伸长量会给加工的精度带来影响，一定要进行控制。我们可以应用弹性回转顶尖，在这种工具的辅助下细长轴可以完善工件的热变形伸长，大大减少工件弯曲的概率，进而保证车削加工工作的正常进行。另外，我们也可以加注一定量的切削液，通过加入切削液能够减少工件的热变形伸长。我们知道在细长轴切削的时候，不管是速度快还是速度慢，温度都会产生影响，温度升高会导致热变形，在这种情况下加入切削液能够让细长轴完全冷却下来，减少热变形的概率。细长轴车削加工的时候，使用切削液能够在防止与刀架支承爪拉毛工件的时候有效保证车削的质量，也能够保护刀具。在车削的时候，我们也要确保刀具的锋利，这样能够有效降低工件和车刀之间的摩擦，从而降低热变形出现的概率。
（四）降低残余应力
在细长轴车削的过程中，工件会受到各种各样的影响，比如说，热处理及机械加工，原材料组织结构等，导致产生了耐应力，如果不采取有效的措施，那么后续加工的时候就会释放出力，这样工件就会变形，所以要采取措施降低加工过程中形成的残余应力。在加工的时候要合理采用半精加工以及精加工的方式把内力释放出来。同时也要在半精加工和精加工之间做无损检测。
四、结语
综上所述，在细长轴车削加工的时候，会受到很多限制，其中有工件本身的限制，也有切削力、残余应力等外界因素的影响，所以在具体加工的过程中，要合理地选择切削的量，使用合适的装夹方法，保证细长轴加工的精度，提高工件加工的质量。
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◎编辑 武生智
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