浅析细长轴车削加工关键技术

王银银

摘 要：车削细长轴时，由于长径比大，在切削力作用下会产生弯曲变形与振动，故细长轴的车削加工目前仍是一个工艺难题。当前该问题的解决主要靠操作者的经验，因此对工人的技术水平要求很高，且效率很低。由于细长轴本身刚性差、耐热性差以及加工时间长等特点的影响，在车削加工的过程中容易受到切削热和切削力的影响产生弯曲变形，威胁零件的加工精度，经过加工的细长轴容易出现粗细不均等形状偏差。针对于此，本文结合细长轴车削加工的特点以及车削加工常见的问题，就细长轴车削加工的关键技术进行了分析。

关键词：细长轴;车削加工;关键技术;加工精度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.038

1 细长轴加工分析

对于很多现代化机械设备而言，细长轴是十分主要的基础零件，其主要作用是支配机械内部的传动零件，保证传动零件能够在正确的工作位置上，同时起到传递运动与转矩的作用。需要注意的是在一般情况下，只有轴的长度与直径之比能够满足 L＼D>25时，才能够将其称为细长轴。由于细长轴在保证机械内部正常运转有着十分重要的地位，因此在实际的加工中，细长轴的加工精度标准往往比较高，但是由于细长轴的结构特点，又使得细长轴的刚性较差，在加工过程中振动较大，这就使得细长轴的加工难度比较高。结合实际情况，目前在细长轴加工工艺中主要存在以下特点：第一，细长轴的刚性较差，因而在进行细长轴的机车车削加工时，如果存在装夹不当的情况，就很容易导致细长轴在切削力与重力的作用下发生弯曲变形，进而在加工过程中产生振动，影响细长轴的表面加工精度。第二，细长轴的散热性比较差，加工过程中细长轴受到热的作用，工件的轴向尺寸会有所增加，当轴两端为固定支承时，会出现挤压变形的情况，导致工件被卡住加工困难。第三，工件处于高速旋转的状态下时，受到离心力的作用会加剧振动和弯曲。第四，由于细长轴的轴向尺寸大，因而加工时间也比较长。

2 细长轴车削加工技术分析

2.1 选择恰当的装夹方法

细长轴车削加工的装夹方法包括双刀切削法、一顶一夹装夹法、反向切削法以及双顶尖装夹法等。双刀切削法需要先对车床中溜板进行改造，在原有刀架的基础上再增加一个后刀架，两把车刀同时进行细长轴车削加工。两把车刀安装方向相对，因而加工过程中可以使径向切削力相互抵消，工件变形的情况可以得到有效的控制，提高了加工的效率。在采用一顶一夹装夹法时需要注意，顶尖不可太紧，进而避免细长轴顶弯和伸长变形，可以采用弹性活顶确保其受热后可以进行自由的伸长避免弯曲变形，与此同时可以通过细长轴与卡爪之间增加开口钢丝圈的方式，对细长轴与卡爪之间的轴向接触长度进行控制，避免过定位和弯曲变形。双顶尖装夹法可以对细长轴工件进行准确的定位，确保同轴度，但是该装夹方法下细长轴的弯曲变形无法进行有效控制，振动较为频繁，因而常用于小加工量、高同轴度以及小长径比的零件加工中。车削加工过程中由主轴卡盘向尾架方向进行车刀供给的方法进行反向切削法，该方法可以对细长轴的弯曲变形进行有效的控制，弹性尾架顶尖的采用对工件的热伸长量及受压变形进行补偿，确保了工件生产的精确性。

2.2 合理控制切削用量

切削用量的合理性会直接影响到细长轴切削加工过程中切削力和切削热的大小以及细长轴弯曲变形的程度。在选择切削用量时要以减少切削热和径向切削分力为目标。在进行细长轴切削加工时，当材料韧性强且长径比较大时，可以采取小切深多走刀的切削方式，对振动和工件刚性进行控制。首先是背吃刀量，一般来说切削深度越大则切削力和切削热也随之增大，为了减小细长轴受力受热变形的情况，背吃刀量不宜过大。其次是进给量，进给量与切削的厚度相关，为了提高切削加工的效率，可以采取增大进给量提高切削深度的方式。最后切削速度与切削力呈反比例关系，也就是切削速度越大则切削力越小，當切削速度增加时切削的温度也随之提升，工件与道具间的摩擦力降低，细长轴的受力变形情况也可以得到有效的控制。

2.3 合理控制刀具角度

细长轴切削过程中所产生的切削力越小则弯曲变形情况越不明显。对于切削加工而言，刀具的主偏角、前角以及刃倾角会对切削力产生比较大的影响。因而细长轴切削用到的刀具需要满足寿命长、刀刃锋利、径向分力小、切削力小以及切削温度低等要求。车削钢料的过程中发现，前角与主偏角越大，径向分力越小，当刃倾角的值为负时，径向分力也会呈现出一定程度的减小。前角角度会对切削温度、切削功率以及切削力产生直接的影响，当前角增大时，工件的塑性变形得到有效的控制，因而在细长轴车削的过程中，在确保车刀强度满足要求的基础上，可以适当增大车刀前角角度，减小切削力和塑性变形。当前角取150°时，径向分力比较小且出屑流畅，切削温度也比较低。主偏角的大小会对车削加工的径向力产生重要的影响，主要体现在三个切削分力的大小和比例关系上。主偏角越大则径向切削力越小，在实际的车削过程中主偏角以90°为宜。刃倾角主要是对细长轴车削加工过程中刀尖的强度以及切屑的流向产生影响，刃倾角越大则径向切削力越小，但切向切削力和轴向切削力会出现一定的增加。车刀的后角适宜，则可以减小车削过程中的振动，保障工件的品质稳定性。

3 结束语

综上所述，为了提高细长轴车削加工的质量，技术人员要做好设备参数的控制，加工人员要严格按照加工标准进行作业。明确常见的加工质量缺陷，选择科学的装夹以及加工方法，对刀具的几何角度进行合理的控制，采取恰当的背吃刀量、进给量以及切削速度，确保细长轴车削加工的精度，降低零件返修率延长使用寿命，在保障加工质量的同时提高生产效益。

参考文献：

[1]王南.基于拉夹法逆向车削细长轴加工方法研究[J].制造技术与机床，2017（03）.

[2]白意东.基于BP神经网络的拉夹逆向车削细长轴切削力预测[J].组合机床与自动化加工技术，2017（09）.