車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，由于存在剛性差、工件熱刀具磨損、徑向切削力、自重和離心力等原因，加工起來(lái)比較困難，致使工件產(chǎn)生彎曲、變形和振動(dòng)現(xiàn)象，從而影響細(xì)長(zhǎng)軸的加工精度。因此，加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，必須充分地了解細(xì)長(zhǎng)軸的結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)，采用合理的加工工藝，選擇合適的刀具、正確的切削用量，從根本上解決上述問(wèn)題，提高細(xì)長(zhǎng)軸的加工質(zhì)量。

一、細(xì)長(zhǎng)軸的結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)

常規(guī)情況下，一般把長(zhǎng)度（L）與直徑（d）之比大于25的軸類零件，稱為細(xì)長(zhǎng)軸。細(xì)長(zhǎng)軸的外形并不復(fù)雜，但是，由于L/d比值較大，剛性差（L/d比值越大，剛性越差），車削難度大，所以，細(xì)長(zhǎng)軸又屬于典型的特殊結(jié)構(gòu)零件。因此，在加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，應(yīng)對(duì)其結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)加以重視，否則難以保證加工精度。

首先，細(xì)長(zhǎng)軸剛性差，車削過(guò)程中受切削力、自身重量的離心力等外界影響，極易產(chǎn)生彎曲和振動(dòng)，影響工件的加工精度和表面粗糙度。車削時(shí)常采用一些輔助工夾具提高工件剛性，通過(guò)用降低轉(zhuǎn)速減小加工時(shí)振動(dòng)。其次，細(xì)長(zhǎng)軸常采用的兩頂尖或一夾一頂?shù)难b夾方法，但由于每次走刀時(shí)間較長(zhǎng)，車削時(shí)產(chǎn)生的熱和刀架卡爪與工件發(fā)生摩擦所產(chǎn)生的熱，使工件軸向伸長(zhǎng)，如果工件兩端沒有伸長(zhǎng)的余地，就會(huì)產(chǎn)生彎曲。通常采用彈性尾頂尖，解決工件軸向伸長(zhǎng)的問(wèn)題。第三，由于工件較長(zhǎng)，刀具在切削過(guò)程中磨損較大，出現(xiàn)工件加工精度降低和表面粗糙度增大的問(wèn)題。第四，車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，一般都選用數(shù)值較大的前角和主偏角，降低徑向切削力（徑向是工件剛性最差的方向）。第五，車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，由于使用一些輔助支承來(lái)增加工件的剛性，因此也增大了整個(gè)工藝系統(tǒng)的共振因素，容易造成工件形狀誤差，影響加工精度。因此，車削細(xì)長(zhǎng)軸，要對(duì)刀具的結(jié)構(gòu)及幾何角度、切削用量、工件裝夾進(jìn)行合理選擇。要對(duì)工件刀具輔助工裝夾具進(jìn)行調(diào)整，保證工件加工精度。

二、正確使用輔助支承，增強(qiáng)細(xì)長(zhǎng)軸剛性，防止工件變形

細(xì)長(zhǎng)軸在車削時(shí)，通常采用一夾一頂或兩頂尖的裝夾加工，為了增加工件的剛性一般選用中心架或跟刀架作輔助支承；對(duì)一些長(zhǎng)而重的細(xì)長(zhǎng)軸，采用木墊支承法；對(duì)直徑較小的細(xì)長(zhǎng)軸，可采用拖架支承法。下面筆者主要對(duì)使用中心架支承法和跟刀架支承法進(jìn)行介紹，對(duì)木墊支承法做簡(jiǎn)要說(shuō)明。

1.用中心架車削細(xì)長(zhǎng)軸

使用中心架增加細(xì)長(zhǎng)軸的剛性，防止工件彎曲，是一種簡(jiǎn)單而有效的方法。采用中心架來(lái)支承工件，可使工件的長(zhǎng)度與直徑的比值減小一半，細(xì)長(zhǎng)軸的剛性可增加幾倍，能防止車削時(shí)因剛性差引起的各種現(xiàn)象發(fā)生。使用中心架支承工件有兩種方式：一種是用中心架直接支承在工件中間，另一種是用過(guò)渡套筒間接支承工件。在采用中心架直接支承工件之前，必須先在工件毛坯中間部位車出一段來(lái)放置中心架支承爪的溝槽。溝槽的表面粗糙度值要小，圓柱度誤差也小，否則會(huì)影響工件加工精度，必要時(shí)還須用鐵砂布對(duì)溝槽的外圓表面進(jìn)行拋光，以減小溝槽表面粗糙度值。車削溝槽時(shí)，要注意溝槽的直徑比圖樣上要求的工件最大外圓直徑大2mm左右。一般情況下，將毛坯車圓即可。

如果在細(xì)長(zhǎng)軸中間車削這樣一條溝槽比較困難，或工件中間不需要加工細(xì)長(zhǎng)軸，及在安置中心架的地方是鍵槽、花鍵等不規(guī)則的表面，可采用安裝過(guò)渡套筒間接支承中心架的方法。在使用過(guò)渡套筒時(shí)，要保證過(guò)渡套筒外圓表面光滑，圓柱度要在±0.01mm，通過(guò)調(diào)整過(guò)渡套筒兩端的四個(gè)螺釘使過(guò)渡套筒的中心軸與機(jī)床主軸中心軸線重合。

調(diào)整的方法是：先用劃針將套筒與機(jī)床主軸中心軸線的跳動(dòng)量校正在0.01mm以內(nèi)，然后將百分表吸附在刀架上，轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤，調(diào)整兩端螺釘，使其跳動(dòng)量在0.01mm之內(nèi)，并用這些螺釘支承工件表面，中心架支承爪支承在過(guò)渡套筒的外邊面，就可以車削了。低速車削時(shí)，要用機(jī)油潤(rùn)滑過(guò)渡套筒與支承爪接觸之處；高速車削時(shí)，要用冷卻液澆注在套筒的外表面，防止兩者之間摩擦發(fā)熱。不管采用任何形式的支承，必須按照調(diào)整順序來(lái)調(diào)整中心架。調(diào)整時(shí)應(yīng)先調(diào)整中心架上的螺釘和下面的兩個(gè)支承爪，再用緊固螺釘緊固，然后把上蓋蓋好固定，最后調(diào)整上面的一個(gè)支承爪，并用緊固螺釘緊固。同時(shí)，要保證中心架支承爪與工件應(yīng)輕微接觸，間隙大小適當(dāng)。間隙太小，支承爪與工件之間會(huì)因接觸過(guò)緊而產(chǎn)生摩擦發(fā)熱，出現(xiàn)“吱吱”的叫聲及“冒煙”現(xiàn)象；間隙太大，支承爪與工件之間接觸過(guò)松起不到支承作用。

2.使用跟刀架車削細(xì)長(zhǎng)軸

（1）車削之前必須對(duì)工件進(jìn)行校直。目的是防止因工作自身彎曲。旋轉(zhuǎn)時(shí)加劇彎曲程度，容易在切削時(shí)產(chǎn)生變形。一般采用的方法是：對(duì)直徑較小的工件可采反擊法，也就是把工件放在一個(gè)平臺(tái)上用手轉(zhuǎn)動(dòng)工件，使彎曲凸起的部分向上用錘敲，使工件可向兩端延伸，達(dá)到平直的目的。對(duì)直徑較大的工件，可使用一些簡(jiǎn)單壓力設(shè)備對(duì)其進(jìn)行校直，基本做法是用V形鐵將工件兩端墊起，使工件彎曲凸起的部分向上，用機(jī)械力緩慢地向下壓，往復(fù)幾次后工件基本上可校直。通常情況下，粗車工件彎曲度不大于1mm，精車工件彎曲度不大于0.02mm。

（2）車削具體過(guò)程。要先把跟刀架用螺釘固定在大滑板上，跟在車刀后面，隨車刀進(jìn)給移動(dòng)，以抵消背向力，增加工件的剛性，減小變形，從而提高細(xì)長(zhǎng)軸的形狀精度，并減小表面粗糙度。

（3）跟刀架結(jié)構(gòu)。跟刀架從結(jié)構(gòu)上分為兩爪和三爪兩種。車削時(shí)，最好選用三爪的跟刀架，使切削更穩(wěn)定。從跟刀架的設(shè)計(jì)原理來(lái)看，只需要使用兩爪的跟刀架就可以了。這是因?yàn)樵谲囅鲿r(shí)，車刀給工件的徑向切削力使工件貼在跟刀架兩個(gè)支承爪上，但在實(shí)際使用時(shí)，工件本身有向下的重力以及不可避免的彎曲，使工件的中心軸與機(jī)床軸的中心軸線總有一段距離。當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生離心力。在離心力的作用下，工件會(huì)瞬時(shí)離開支承爪，又瞬時(shí)接觸支承爪，從而產(chǎn)生振動(dòng)。如果采用三個(gè)支承爪的跟刀架支承工件，一面由車刀抵住，使工件上下、左右都不能移動(dòng)，車削就非常穩(wěn)定，不易產(chǎn)生振動(dòng)。實(shí)踐證明，使用兩爪跟刀架，由于支承柱窄、支承面小、剛性差、加工精度低，在加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)不宜采用；而使用三爪跟刀架，可顯著地增加細(xì)長(zhǎng)軸的剛性，減小振動(dòng)和變形，能有效地提高加工精度和產(chǎn)生良好效果。但是，在使用三爪跟刀架時(shí)，如果使用不當(dāng)，車削時(shí)會(huì)出現(xiàn)“竹節(jié)狀”“棱圓狀”和“麻花狀”等形狀的誤差，因此使用時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)：第一，跟刀架的上爪、下爪和外側(cè)爪應(yīng)互成90°。第二，卡爪與工件接觸表面最好是60°左右窄的條形，其軸向長(zhǎng)度以30～40mm為宜，接觸面積應(yīng)超過(guò)80%。卡爪圓弧半徑應(yīng)與工件半徑相適應(yīng)，或大于工件半徑，但應(yīng)通過(guò)工件中心。如果圓弧沒有要求，則應(yīng)修磨，一般修磨方法有兩種：一是跟刀架固定在滑板上，按工件直徑選用鉸刀或力銑刀夾在車床的卡盤上，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，用刀具鉸或銑削卡爪圓弧面；二是車一段直徑與細(xì)長(zhǎng)軸直徑相同、長(zhǎng)度大于卡爪寬度、粗糙度Ra20～50um的一段外圓，以600～700r/min的轉(zhuǎn)速，與卡爪對(duì)開（不允許加冷卻液），直至符合要求，最后用冷卻液沖洗干凈，再加機(jī)油研磨2～3min即可使用。第三，跟刀架底面與大拖板接觸表面要嚴(yán)合，以保持其穩(wěn)定性。第四，卡爪的材料以球墨鑄鐵為宜，因?yàn)殍T鐵耐磨性好、磨損小，又不會(huì)刮傷工件表面。第五，要仔細(xì)調(diào)整跟刀架卡爪對(duì)工件的壓力，切忌支得過(guò)緊，應(yīng)使其松緊適當(dāng)。特別是在粗車時(shí)，由于毛坯余量不均勻，容易產(chǎn)生“竹節(jié)狀”誤差，一般調(diào)整時(shí)感覺到兩個(gè)卡爪支承面和工件表面穩(wěn)定接觸即可鎖定緊卡爪。

3.采用其他方式車削細(xì)長(zhǎng)軸

（1）較長(zhǎng)、較重的細(xì)長(zhǎng)軸。這樣的細(xì)長(zhǎng)軸，無(wú)法使用中心架和跟刀架，可以采用在工件下面墊方木塊來(lái)增加工件剛性，根據(jù)工件長(zhǎng)度不等距地安放，保證車削時(shí)能夠隨時(shí)取放大拖板正常進(jìn)給。安放木塊時(shí)，可直接墊放在導(dǎo)軌上，木塊的上端還要制出兩塊10°～15°的木鍥，用以調(diào)節(jié)高度，以免木塊與工件接觸面會(huì)太緊或太松。這樣，不但防止工件因下重而彎曲，還可以起到消振作用。

（2）直徑較小的細(xì)長(zhǎng)軸。對(duì)這樣的細(xì)長(zhǎng)軸，用中心架或跟刀架支承。由于卡爪支承不到位，與工件之間間隙太大，起不到支承作用，可采用托架來(lái)支承。使用時(shí)，通過(guò)托架前后兩顆左、右旋向的螺釘來(lái)調(diào)節(jié)兩個(gè)滾輪間的距離，以適應(yīng)直徑不同的細(xì)長(zhǎng)軸，托架底部光滑平整且有一條與車床V形導(dǎo)軌相配的V形槽，可直接安放在導(dǎo)軌面上，松緊托架中間外六角螺釘可調(diào)節(jié)高低。

三、減小細(xì)長(zhǎng)軸熱變形伸長(zhǎng)量，防止工件彎曲

車削時(shí)，由于切削熱的影響，使工件隨溫度升高而逐漸伸長(zhǎng)變形，稱為熱變形。車削一般軸類工件，還可以不考慮熱變形伸長(zhǎng)問(wèn)題。但加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，熱變形量的大小與工件總長(zhǎng)度有關(guān)，所以，一定要考慮到熱變形的影響。另外，還可通過(guò)熱變形伸長(zhǎng)量的計(jì)算公式：

ΔL=αLLΔt

式中：ΔL為工件熱變形伸長(zhǎng)量（mm）；αL為材料的線膨脹系數(shù)（1/℃）；L為工件的全長(zhǎng)（mm）；Δt為工件升高的溫度（℃）。

下面筆者舉例說(shuō)明兩者之間的關(guān)系。加工直徑為Φ25mm、長(zhǎng)度為1200mm的細(xì)長(zhǎng)軸，材料為45鋼，車削時(shí)因受切削熱的影響，使工件溫度由21℃上升到61℃，求這根細(xì)長(zhǎng)軸的熱變形伸長(zhǎng)量。

通過(guò)查《常用材料的線膨脹系數(shù)表》得知，45鋼的線膨脹系數(shù)是XL=11.59×10.6/℃，把已知條件代入公式即可求得ΔL=0.556mm。由此可見，細(xì)長(zhǎng)軸的熱度形伸長(zhǎng)量是很大的，細(xì)長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，熱變形伸長(zhǎng)量就越大。但是，因加工細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，通常采用一夾一頂或兩頂尖裝夾方式，工件受熱后無(wú)法延長(zhǎng)而產(chǎn)生彎曲，工件一旦彎曲變形就會(huì)發(fā)生一系列的問(wèn)題，影響到工件精度，甚至?xí)构ぜ陧敿饪ㄗ?。克服工件熱變形，可采用以下幾個(gè)措施：

1.使用回轉(zhuǎn)頂尖

補(bǔ)償工件熱變形伸長(zhǎng)量、彈性回轉(zhuǎn)頂尖與一般頂尖結(jié)構(gòu)不同，它是用圓柱滾子軸承、滾針軸承受背向力，推力球軸承受進(jìn)給力。在短圓柱、滾子軸承和推力球軸承之間，放置若干片碟形彈簧。當(dāng)工件受熱變形伸長(zhǎng)時(shí)，工件推動(dòng)頂尖通過(guò)圓柱滾子軸承，使碟形彈簧壓縮變形，以抵消工件熱變形伸長(zhǎng)量。生產(chǎn)實(shí)踐證明，用彈性回轉(zhuǎn)頂尖加工細(xì)長(zhǎng)軸，可有效地補(bǔ)償工件的熱變形伸長(zhǎng)，工件不易彎曲，車削可順利進(jìn)行。采用強(qiáng)力反向車削法，加工細(xì)長(zhǎng)軸，更能減小彎曲變形。這是因?yàn)檫M(jìn)給力的反向和工件已加工部分、軸向拉伸方向同工件熱變形伸長(zhǎng)量方向一致，共同向彈性回轉(zhuǎn)頂尖壓縮，從而使工件熱變形伸長(zhǎng)量得到補(bǔ)償。

2.加注充分的冷卻液

車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，無(wú)論是低速切削，還是高速切削，加注充分的切削液，能有效地降低切削區(qū)域的溫度，從而減小工件的熱變形伸長(zhǎng)量，且能延長(zhǎng)刀具的壽命。

3.刀具要經(jīng)常保持鋒利狀態(tài)

保持刀具鋒利，減少車刀與工件的摩擦發(fā)熱，還可以減小表面粗糙度值。

四、合理地選擇刀具幾何形狀及切削用量

1.刀具幾何形狀

刀具幾何形狀是否合理將直接影響工件的表面加工質(zhì)量和刀具的壽命。選擇車削細(xì)長(zhǎng)軸用刀，應(yīng)考慮盡量減少切削熱、減小振動(dòng)、減小工件變形、排屑槽要適當(dāng)。因此，對(duì)刀具幾何形狀的要求是：（1）采用較大的主偏角，使徑向力減小一般取75°～93°。（2）采用較大的前角25°～30°，使切削輕快，同時(shí)磨出深1.5～2mm、寬4～6mm的斷屑槽，在主切削刃上磨出0.2～0.3mm寬、﹣3°的倒棱和3°～5°的刃傾角，使車刀鋒利、排屑順暢，又增加了刃刀口的強(qiáng)度。（3）車刀的第一副后面磨出高1～2mm、后角Xo=0°的消振棱，可以減小車削時(shí)振動(dòng)。（4）車刀安裝時(shí)，刀尖應(yīng)略高于工件中心0.3～0.5mm，使第一副后面壓住工件，車刀相當(dāng)于跟刀架的第四個(gè)支承爪，有效地增加了工件的剛性，使切削平穩(wěn)，振動(dòng)減小。

2.切削用量的選擇

合理選擇切削用量，對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸表面粗糙度有直接影響。車削細(xì)長(zhǎng)軸的切削用量，應(yīng)采取增加走刀次數(shù)、減小吃刀量的方法，以d=20～40mm、L=1000～1500mm的細(xì)長(zhǎng)軸為例，說(shuō)明具體選擇。

粗車時(shí)：轉(zhuǎn)速n=450～750r/min；背吃刀量ap=1.5～3mm；進(jìn)給量f=0.3～0.5mm/r。

半精時(shí)：轉(zhuǎn)速n=600～960r/min；背吃刀量ap=1～1.5mm；進(jìn)給量f=0.15～0.2mm/r。

保證細(xì)長(zhǎng)軸的加工質(zhì)量，除了要充分了解工件的工藝特點(diǎn)，還應(yīng)熟悉設(shè)備使用情況，改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)，采用先進(jìn)的加工方法，提高細(xì)長(zhǎng)軸的加工質(zhì)量，這些需要在以后的工件實(shí)踐中提高完善。

（作者單位：江蘇省淮海技師學(xué)院）