付佐贵 刘国皓
贵州航天乌江机电设备有限责任公司 563003
【摘 要】细长轴类零件因其长径比大、刚性差，在车削加工中容易发生振动、变形，影响加工质量。鉴于此，本文先对细长轴车削加工形变的原因进行了分析，然后着重探究了解决对策，希冀能为降低细长轴车削加工难度，提供加工精度与质量提供一定借鉴。
【关键词】细长轴；车削加工；形变原因
轴类零件在各种机械设备中应用比较广泛，主要起到支撑及传动的作用，往往是核心零件。其大多在高温、高速的环境下运行，因此对该类零件的各种技术条件要求很高，以确保装配的工件具有一定的回转精度。细长轴的长度与直径之比为L/D＞25，在机械加工工作中，细长轴车削加工技术应用比较多，但是细长轴零件长径比大，质量太轻，刚性较差，同时对轴线和轮廓线有直线度要求，加之车削加工时受热变形与受力形变的现象较为明显，易因自重以及离心力等产生弯曲和振动，难以获得满意的表面粗糙度和几何精度，对零件的尺寸公差和精度要求都有很大的影响，还经常会发生翘曲、鼓形、锥度过大等工件报废情况。因零件总长超过500mm，在进行车削加工中车刀的切削轨迹太长，不仅会磨损刀具，还会因刀具磨损而影响工件的尺寸精度。所以，细长轴类零件是机械加工中难度较大的零件之一，相关学者对细长轴的加工性能及加工精度控制开展了系列相关研究工作。本文拟对细长轴车削加工形变的原因进行分析，提出解决对策。
一、细长轴车削加工形变的原因分析
（一）切削力导致形变
在车削作业过程中形成的切削力相对来说是比较多的，其中，轴向与切向以及径向力是最主要的三种。由于切削力不同，细长轴车削加工时，对其弯曲形变产生的具体作用也存在很大差异。径向切削力是发出垂直型的力，其通过细长轴作用在轴线的水平面内，进而会使处于水平面之内的刚性较弱的细长轴产生弯曲形变，使细长轴出现不同程度的损坏。在各种导致变形的因素中，径向切削力所导致的细长轴弯曲形变问题是比较突出的。轴向切削力是水平型的力，常规的车削加工作业过程中，工件在轴向切削力作用下，也会出现弯曲形变。但这种弯曲形变问题较小，甚至可进行忽视处理。但因细长轴稳定性和刚性都比较差，轴向切削力就会比定量的数值大，进而导致细长轴产生弯曲。
（二）切削热导致形变
在细长轴车削加工的过程中，切削热是经常出现的问题。刀具与细长轴的切削表面将带来较大的切削力，加之细长轴表面的热扩散性能较差，导致热量不统一散发，当工件受热之后，就会出现形变伸长等问题。细长轴加工时，采用的装夹定位使得细长轴两端的承受较大的夹紧力，导致其两端的热膨胀受阻，细长轴因受热而形成的轴向的伸长距离也受到了一定限制，在这种情况下，就会造成细长轴产生弯曲形变。
（三）刚性差导致形变
细长轴因工件长径比较长，其刚性也就变得比较差，在外力作用下就会产生一定的形变。因刚性不足而导致的形变可能在 0.2-1mm 之间，如果细长轴的变形量较大且不易消除，就会加大加工后的表面误差或是形位误差，降低工件的加工质量。
此外，细长轴的两端在卡盘和顶尖等作用下，刚性较强，但中段的刚性较差，同时，细长轴还受到夹紧力和切削热的影响，这就会使得细长轴被顶弯，产生较为严重的让刀问题，出现中间粗、两头细的鼓型误差。
二、解决细长轴车削加工形变的有效对策
细长轴车削加工是一个系统性的工程，避免生弯曲变形，为提高细长轴的加工质量，应当根据实际情况合理选择夹具、机床辅具、加工工艺等，以免影响细长轴的加工质量。
（一）提高细长轴车削加工技术精度
结合生产的实际条件和情况等，选择细长轴最佳的车削加工技术，提高技术精度。细长轴顶尖孔属于定位的基准，进行精加工处理之前，要先对中心孔进行修整，让两端的中心孔保持同轴状态，同时，还要使中心孔的圆度、角度以及表面的粗糙度等都符合定位标准。如果毛坯料的内应力过大，完成粗加工之后就会发生应力回弹的情况，导致细长轴工件产生弯曲形变，所以要选择内应力较小且适宜的毛坯料，如果有合适的条件，应当先进行材料退火。
（二）选择适宜的装夹模式与方法
一夹一顶式的装夹模式在细长轴加工中比较常用，但其缺点也比较明显，极易产生弯曲形变等问题，还会阻碍细长轴受热伸长。同时，卡爪夹的紧面和顶尖孔不一定处于同轴状态，也会使得细长轴发生不同程度的弯曲与形变。因此，选择这种方法时，最好将弹性活顶尖作为首选顶尖，以方便细长轴在受热之后能进行自由伸长，避免产生完全变形。将顶尖的顶力适度进行控制，也能有效减少细长轴受热弯曲与形变的程度。为了避免细长轴加工时所产生的不同轴问题，还可将一个直径4mm～5mm呈开口状的钢丝圈放入卡爪和细长轴之间，以缩小卡爪和细长轴轴向的接触距离，消除安装中的过定位等问题，也能对弯曲与形变问题进行有效预防。还可采用双刀切削法，借助刀具的相互抵消的作用，降低细长轴横向受力，提高细长轴在加工时的弯曲变形的量，确保加工精度。这种方法非常适合细长轴的批量加工，能有效地增加细长轴的刚性，提升细长轴的加工质量。反向切削法就是在细长轴切削中，使车刀从卡盘方向向尾座方向切削，这样可以减少轴向力对细长轴所造成的弯曲变形，使细长轴的形位加工质量得到提高。
（三）选择合理的车刀角度
在细长轴车削的过程中，选择准确的数控车刀角度是重要基础。在满足加工的前提下，如果工艺系统刚性较差时，车刀角度应选择较大的主偏角，常取九十度和九十三度的范围，这样可以减少细长轴车削时所产生的车削力。如果选择大前角或负刃倾角的刀具，也将有助于使细长轴车削时产生的切削热减少。优化刀具选择，应用刀尖圆弧半径较小的车刀，有利于提高加工精度。控制细长轴车削时的进刀量，根据工艺系统所确定的切削进给量来进行加工，选用较低的车削进给量，有利于提高细长轴类零件加工质量。切削的速度也要控制在一个科学且可控的范围内，避免破坏切削平稳性。
三、结语
综上所述，细长轴是车削加工中的难点也是重点，在外力作用下细长轴会产生加工形变，造成加工误差大、质量低，应针对形变的原因，有的放矢地采取有效对策，实现细长轴高效、精密加工，确保加工精度与质量。
【参考文献】
[1]庄燕,马丽,毛洪辉.细长轴数控车削加工质量分析研究[J].机械工程与自动化,2021(01):17-18+22.
[2]梁满营,吴鑫鑫,葛新锋.细长轴切削加工工艺方案研究[J].机电工程技术,2020,49(09):55-57.
[3]赖啸,刘勇,郭容.复杂轴类零件数控车削中细长轴的加工方案[J].南方农机,2018,49(17):144.