李章峨

（遼寧豐田金杯技師學院，遼寧 沈陽 110015）

0 引言

工件的長度L和直徑D之比大于25 的軸類零件，稱為細長軸[1]。細長軸的加工技術(shù)含量較高，由于細長軸本身的柔、軟、彎等特性，使工件的剛性不足，車削過程中易產(chǎn)生彎曲變形，易車削成中間粗、兩端細的腰鼓形。細長軸本身由自重而引起彎曲變形，使中部下垂，在旋轉(zhuǎn)過程中，受離心力作用而產(chǎn)生機械振動，導致加工過程中細長軸的幾何形狀公差很容易超差。多年來，這個加工難點一直困擾著加工人員，經(jīng)過反復試驗、歸納，總結(jié)出細長軸的加工工藝方法，提高細長軸加工質(zhì)量。

1 工件分析

在車床進行細長軸的車削，是有較復雜的工藝過程。細長軸由于L/D＞25 倍時此軸太細，剛性很差，加工過程中易彎曲變形。如圖1 所示，細長軸其重要尺寸及精度要求：尺寸精度：、1000±0.5、幾何公差：軸的外輪廓圓度要求0.007、以中心孔A 為基準的輪廓跳動量0.02、表面質(zhì)量Ra ≈1.6μm。其他要求：2 × A3 共計 2 處（測量基準與安裝基準統(tǒng)一：兩側(cè)中心孔）；C1 共計2 處（1 ×45°）。

2 問題淺析

在車削時的主要問題如下。1）車削過程中，由于切削熱傳導給工件，使工件溫度升高，工件就開始伸長，產(chǎn)生熱變形，這就叫“熱變形”。在車削一般軸類時可以不考慮熱變形伸長問題，但是車削細長軸時，因為工件長，伸長量大，要考慮熱變形的影響[2]。2）由于兩頂尖間對長度的限制會使兩頂尖孔被破壞，有時會自動彎曲。一旦細長軸產(chǎn)生彎曲，細長軸的加工就很難進行。為此，可以使用彈性回轉(zhuǎn)頂尖來補償工件熱變形伸長。當工件伸長時，工件推動頂尖，使頂尖內(nèi)的蝶形彈簧壓縮變形。這樣可以對工件熱變形進行補償。通過長期的生產(chǎn)實踐證明，用彈性頂尖加工細長軸，可以有效地補償工件的熱變形伸長，工件在車削時不易產(chǎn)生彎曲變形，車削可以順利進行。3）工件由于在高速的旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生離心力而使工件彎曲，另外工件在自重的情況下也會使工件彎曲變形。由于細長軸剛性不足，車削時工件易產(chǎn)生震動，導致出現(xiàn)工件變形，使工件的幾何形狀公差嚴重超差，達不到工件尺寸精度和形狀精度的基本要求。4）在跟刀架的選用上，一般都會選擇2只卡爪的跟刀架。使用時由于跟刀架的卡爪與工件的接觸力不宜控制，所以會出現(xiàn)2 種不同的加工狀況，如果壓力過大會把工件車成“竹節(jié)形”。其原因是當剛開始車削時，由于尾座頂尖的作用下能夠正常地加工，車過一段距離后卡爪就會把工件壓向車刀，使背吃刀量增加，工件的直徑就車小了。當跟刀架卡爪移動到車小的工件外圓時，卡爪與工件表面脫離，在車刀徑向力的作用下，工件向外讓開，使背吃刀量減小，工件的直徑又增大了。往復的規(guī)律變化產(chǎn)生了“竹節(jié)形”。如果壓力過小會把工件車成“麻花形”其原因是由于卡爪與工件間隙的存在，及工件的自重旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力，由于工件的不規(guī)則的旋轉(zhuǎn)使得車刀的切削深度不斷變化，而使工件產(chǎn)生扭曲的形狀。

3 解決工藝方法與措施

結(jié)合毛坯尺寸φ28×1000 機床型號CA6140或CA6150，根據(jù)工件圖的具體要求制定加工工藝內(nèi)容，見表1。車削細長軸時，因為工件剛度較差，切削用量應適當減小[2]，根據(jù)加工工藝內(nèi)容制定選擇合理的切削用量，見表2。

圖1 細長軸

表1 加工工藝內(nèi)容

表2 切削用量表

4 車刀幾何角度選擇

為了減小切削力對細長軸切削變形的影響，經(jīng)過反復驗證，得到以下的切削角度能較好的完成細長軸的加工。1）利用主偏角為90°的偏刀消除徑向力的影響安裝車刀時要保證車刀的主偏角Kr93°。2） 磨有橫向卷屑槽保證刃傾角λ=5°。3）刀頭材料YT15。YT30。均可。4）要保證車床剛性良好車刀安裝可略高于中心0.1 mm ～0.2 mm。

車刀幾何形狀如圖2 所示。

圖2 刀具角度

在機床剛性和精度保證的情況下，刀刃Ra 可達0.8 左右，確保刀具質(zhì)量合格。

5 精加工以磨代替車削

由于生產(chǎn)任務的逐漸增多，現(xiàn)有的工藝方法滿足不了實際的需要。然后又對工藝進行了研究評判，增加了無心磨削的工藝過程，無需精車加工，使車削的效率進一步提高，改進后的粗車、半精車切削用量以及刀具的選擇如下。

刀具選擇如下。1）60°螺紋車刀、45°彎頭外圓車刀（減小主偏角，減小軸向切削力）。2）材質(zhì)：YT15（高速切削提高效率）。3）車刀角度γ- 前角（-3°～-5°）、α-后角（8°～10°）、λ為 -3°～-5°（刃傾角）、Kr-主偏角為 45°～60°、Kr’ - 副偏角為6°～8°、修光刃長度為1.5f。4）切削用量選擇：ap為1 mm～2 mm、f為0.71 mm/r～0.81 mm/r、vc為60 m/min ～90 m/min （在工件表面形成較為明顯的進給量的紋理）。5）跟刀架選擇。

選擇兩爪跟刀架（鑄鐵材質(zhì)，研爪時確保接觸面形成進給量的紋理），此項工藝改變，使車床加工細長軸的方法更容易掌握，跟刀架與工件的接觸更加平穩(wěn)，雖然工件加工后存在一定的彎曲，經(jīng)過后序的磨削達到產(chǎn)品的質(zhì)量要求，保證了生產(chǎn)的順利完成。在解決實際問題的同時，對操作者的能力提升也起到了積極的促進作用。

由于切削用量與刀具的改進，細長軸車削有了穩(wěn)定的工藝方法和穩(wěn)定的質(zhì)量保證，在生產(chǎn)實踐活動中對細長工件的加工積累了寶貴的經(jīng)驗。以前由于質(zhì)量問題影響了正常工作，影響了生產(chǎn)任務的完成。現(xiàn)在經(jīng)過改進后的工藝方法和工藝流程確保了生產(chǎn)任務的完成尤其對確保質(zhì)量的合格起到了關(guān)鍵作用。

6 結(jié)語

相關(guān)車削細長軸的關(guān)鍵技術(shù)除了跟刀架的使用，還要避免工件的熱變形伸長，以及合理選擇刀具的幾何角度3個方面。鑒于這3 個方面的原因，為我們提供了清晰的可借鑒的教學課題。我們針對3 種不同情況的不同要求，逐一進行了細致的實踐，不僅找出了問題產(chǎn)生的原因，而且我們找到了解決問題的方法，無論是在工藝方法、工藝流程、尺寸精度、形狀精度上均有較大的改善。在實現(xiàn)細長軸的加工要求、保證尺寸精度和形狀精度的基礎上，總結(jié)出合理的穩(wěn)定的加工方法和工藝流程，這樣不僅為細長軸加工找到了解決問題的方法，同時對于職業(yè)教育、車削加工專業(yè)的學習也提供了可靠的依據(jù)及方法，對工藝過程進行了歸納與總結(jié)。