細(xì)長軸車削加工形變原因及對策

摘要：當(dāng)前，軸類零部件被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械裝置，軸類零件的加工質(zhì)量在一定程度上影響著機(jī)器裝置裝配的精度以及日常的使用情況。細(xì)長軸剛性偏低，整體加工難度偏高，是當(dāng)前相關(guān)生產(chǎn)領(lǐng)域亟需解決的一個難點。為此，文章以軸類零部件加工過程中的注意事項為切入點，分析了細(xì)長軸車削加工過程中出現(xiàn)彎曲形變的原因，并提出了對策，以供參考。

關(guān)鍵詞：細(xì)長軸車削；機(jī)械加工；形變研究
軸即在機(jī)械內(nèi)部做旋轉(zhuǎn)等運動的長度超過直徑的圓柱形零件，而長度是直徑的20倍～25倍（L/D＞20～25），更長的軸被稱為細(xì)長軸。在機(jī)械加工工作中，細(xì)長軸車削加工技術(shù)屬于當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的一類加工工藝，但是細(xì)長軸的剛性較差，且車削時受熱變形與受力形變的現(xiàn)象較為明顯，會因為自重以及離心力等發(fā)生彎曲與變形，所以細(xì)長軸在實際加工過程中的加工水平與質(zhì)量很難得到有效保證[1]。

1軸類零部件加工的注意事項
通常情況下，軸類零件往往會被應(yīng)用到支撐傳動、傳遞扭矩以及承受荷載等部件之中，在使用軸類零件時一般都需要回轉(zhuǎn)。因此，在對軸類零件進(jìn)行加工時一定要注意以下技術(shù)要求，即強(qiáng)度、尺寸的進(jìn)度、位置的進(jìn)度、剛度、形狀的進(jìn)度以及零件表面的粗糙程度等。除此之外，在結(jié)構(gòu)方面還需要確保軸上零件的定位準(zhǔn)確可靠，也應(yīng)當(dāng)便于進(jìn)行拆卸與維修調(diào)整等處理。

2細(xì)長軸車削加工過程中彎曲形變的原因
通過實際的加工作業(yè)經(jīng)驗開展相關(guān)的研究與分析可以發(fā)現(xiàn)，在細(xì)長軸車削加工作業(yè)之中，導(dǎo)致細(xì)長軸產(chǎn)生彎曲形變的關(guān)鍵原因主要包括以下幾點。1）因切削力引起的變形。在車削作業(yè)之中形成的切削力相對較多，在對這些力進(jìn)行分解之后可以發(fā)現(xiàn)三向力是其中的主要部分，即軸向與切向以及徑向力。由于切削力不同，因此在細(xì)長軸車削作業(yè)過程中對于彎曲形變產(chǎn)生的具體作用也不盡相同[2-3]。一方面是徑向切削力產(chǎn)生的影響。對于徑向切削力而言，它***主要的作用即發(fā)出垂直型的力，該力會直接通過細(xì)長軸進(jìn)而作用在軸線的水平面內(nèi)，因為細(xì)長軸的剛性相對較弱，所以徑向力會使得其產(chǎn)生彎曲形變，從而導(dǎo)致處于水平面之內(nèi)的車削細(xì)長軸發(fā)生不同程度的損壞。相較于其他因素，徑向切削力所導(dǎo)致的細(xì)長軸彎曲形變問題較為顯著。另一方面是軸向切削力產(chǎn)生的影響。不同于徑向切削力，軸向切削力是水平型，工件在該力作用之下也會產(chǎn)生彎曲形變。在常規(guī)的車削加工作業(yè)過程中，軸向的切削力所導(dǎo)致的彎曲形變問題相對較小，甚***可以在某種程度上進(jìn)行忽視處理。但是由于細(xì)長軸的剛性極差且穩(wěn)定程度較低，因此軸向切削力往往會大于定量的數(shù)值，而這就會導(dǎo)致細(xì)長軸因為受力而產(chǎn)生彎曲，進(jìn)而使得縱向彎曲形變問題的出現(xiàn)。2）切削熱造成的影響。在加工作業(yè)時往往會出現(xiàn)切削熱，當(dāng)工件受熱之后也會出現(xiàn)形變伸長等問題。在開展車削作業(yè)時，尾架以及卡盤由于被固定而無法進(jìn)行移動，并且二者間的距離也保持恒定不變。在這種狀態(tài)下，細(xì)長軸因為受熱而形成的軸向的伸長距離也受到了一定***，從而導(dǎo)致細(xì)長軸由于軸向擠壓等作用出現(xiàn)彎曲形變等問題。由此看來，要確保細(xì)長軸車削加工的作業(yè)精準(zhǔn)度，***關(guān)鍵的一個操作即控制工藝系統(tǒng)的受力以及受熱等相關(guān)因素，預(yù)防形變問題。

3細(xì)長軸車削加工過程中彎曲形變的應(yīng)對對策
3.1提升細(xì)長軸車削加工技術(shù)的精度。在對細(xì)長軸進(jìn)行加工時，需要按照生產(chǎn)的實際條件和情況等，選擇***佳的優(yōu)化方案，從而讓細(xì)長軸加工的精度得到有效提升。在細(xì)長軸中，頂尖孔屬于定位的基準(zhǔn)，通常在開展精加工處理之前需要先修整中心孔，讓兩端的中心孔保持同軸狀態(tài)，同時中心孔的圓度、角度以及表面的粗糙度等要都需要滿足對應(yīng)的定位標(biāo)準(zhǔn)，一般出現(xiàn)彎曲度不符合標(biāo)準(zhǔn)這一問題的原因主要是毛坯料的內(nèi)應(yīng)力過大，在進(jìn)行了粗加工之后會發(fā)生應(yīng)力回彈的現(xiàn)象，進(jìn)而使零件產(chǎn)生彎曲形變，因此***好挑選應(yīng)力較小且適宜的毛坯料，倘若條件允許，還可以進(jìn)行材料退火[4]。3.2避免熱變形伸長。在車削加工過程中，由于切削熱傳遞給了工件，因此工件的溫度會出現(xiàn)顯著升高，并且工件也會隨之發(fā)生伸長與形變，例如在車削直徑φ為50mm、長度L為1500mm的細(xì)長軸時，所選用的材料是45#鋼，在進(jìn)行車削加工時會由于切削熱等因素影響，讓工件的溫度相較于室溫升高約30℃，此時細(xì)長軸的熱形變伸長量為L=11.59×10-6×1500×30=0.522mm。在開展細(xì)長軸的車削加工處理時，通常采用兩頂尖以及用一端來夾住而另一端頂住等方式進(jìn)行加工處理，細(xì)長軸軸向的位置會處于固定狀態(tài)；倘若熱形變的伸長量是0.522mm，那么工件便只能自身彎曲，而一旦細(xì)長軸出現(xiàn)彎曲之后，后續(xù)的加工工作便很難順利進(jìn)行。因此在對細(xì)長軸進(jìn)行加工時，必須采取科學(xué)且有效的措施來避免工件發(fā)生熱形變等問題。首先，可以借助彈性回轉(zhuǎn)頂尖的方式對熱形變伸長進(jìn)行補償。通過實踐證明，借助彈性回轉(zhuǎn)頂尖的方式對細(xì)長軸進(jìn)行加工，可以有效補償工件熱形變伸長，由于此類方式加工的零件很難發(fā)生彎曲，因此車削加工進(jìn)行得相對順暢。其次，借助反向進(jìn)給的方式進(jìn)行細(xì)長軸車削加工，可以有效預(yù)防彎曲形變。反向進(jìn)給即刀具以卡盤向尾架的方向當(dāng)作切削的運動方向，一般的切削方向同尾架頂緊軸向力以及切削的軸向力的方向保持一致，從而進(jìn)一步加劇了原本細(xì)長軸工件彎曲的程度。通常情況下，反向進(jìn)給力的方向會指向尾架，與工件溫升的伸長量方向保持一致，一同向彈性頂尖進(jìn)行壓縮?？傊?，要想取得一個較為理想的效果，***好將反向進(jìn)給與彈性活頂尖進(jìn)行搭配使用。***后，要對切削液進(jìn)行充分澆筑。當(dāng)開展細(xì)長軸車削加工時，不管是進(jìn)行低速的切削，或者是進(jìn)行高速切削，所使用的切削液都需要進(jìn)行科學(xué)的冷卻處理，只有經(jīng)過了冷卻處理，其才可以有效抑制工件的溫度發(fā)生急劇升高，進(jìn)而防止受熱變形[5-6]。3.3挑選適宜的裝夾模式。在對細(xì)長軸進(jìn)行加工時，一夾一頂式的裝夾方式屬于當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的一類加工形式。然而在應(yīng)用此裝夾方式時，頂尖若處于過度頂緊的狀態(tài)，那么細(xì)長軸很可能會產(chǎn)生彎曲形變等問題，而且可能會對細(xì)長軸受熱伸長產(chǎn)生一定的阻礙，從而讓細(xì)長軸因受到了軸向的擠壓而出現(xiàn)彎曲形變。除此之外，卡爪夾的緊面和頂尖孔不一定處于同軸狀態(tài)，在裝夾之后可能會經(jīng)過定位處理，從而使得細(xì)長軸發(fā)生不同程度的彎曲與形變。在應(yīng)用一夾一頂型的裝夾模式時，***好將彈性活頂尖作為***頂尖，從而讓細(xì)長軸在受熱之后能進(jìn)行自由伸長，同時頂尖的頂力保持一個適度狀態(tài)，能有效減少細(xì)長軸受熱彎曲與形變的程度，還可以于卡爪和細(xì)長軸之間放入一個呈開口狀的鋼絲圈，直徑***好在4mm～5mm，從而縮小卡爪和細(xì)長軸軸向的接觸距離，進(jìn)而***大程度地消除在安裝時存在的過定位等問題，***終有效預(yù)防彎曲與形變問題的出現(xiàn)。3.4選擇先進(jìn)且優(yōu)秀的加工方案。1）軸向拉夾法。軸向拉夾實際上即在細(xì)長軸車削加工的過程中，使用卡盤夾緊細(xì)長軸任意的一端，而另一端則由經(jīng)過專業(yè)設(shè)計的夾拉頭進(jìn)行夾緊，此時夾拉頭會向細(xì)長軸處施加一個軸向的拉力，并且細(xì)長軸在整個車削的過程中會一直受到該軸向拉力的作用，進(jìn)而有效避免了因軸向切削力所導(dǎo)致的細(xì)長軸彎曲變形等問題。另外，細(xì)長軸還會因為軸向拉力作用而減小其因徑向切削力所造成的形變，并在一定程度上對由于切削熱所形成的軸向伸長量進(jìn)行補償，***終讓細(xì)長軸剛性與加工的進(jìn)度得到有效提升。2）反向切削法。在細(xì)長軸車削加工的過程中，車刀從主軸卡盤處逐漸朝著尾架的反向進(jìn)給，變換加工時走刀的方向，是目前避免細(xì)長軸發(fā)生形變彎曲的一個重要舉措。當(dāng)由主軸的方向朝著尾座的方向進(jìn)行車削加工時，***好與彈性頂尖進(jìn)行搭配使用，工件在這種情況下受到的軸向力會轉(zhuǎn)換成拉力，因此并不會出現(xiàn)“失穩(wěn)”彎曲形變，從而有效預(yù)防了因軸向切削力而導(dǎo)致的彎曲形變等問題。3.5科學(xué)控制切削用量。1）切削的深度。將工藝系統(tǒng)的剛度當(dāng)作前提與基礎(chǔ)，在開展車削加工工作時所出現(xiàn)的切削力、受熱形變、切削熱等均會隨切削的深度而發(fā)生改變。當(dāng)深度增加時，上述要素也會隨之增加，因此***好降低切削的深度。2）進(jìn)給量。增加進(jìn)給量會讓切削的厚度產(chǎn)生對應(yīng)的變化，同時切削力也會顯著增加。但是切削力并未以正比的關(guān)系進(jìn)行增加，因此細(xì)長軸受力形變的系數(shù)會有一定下降，而如果從提升切削的效率這一角度進(jìn)行分析，加大進(jìn)給量要比提高切削的深度具有更高的價值。3）切削的速度。當(dāng)切削的速度增加時，切削的溫度也會有所增長，而當(dāng)?shù)毒吆凸ぜg的摩擦力減小之后，細(xì)長軸受力的形變也會隨之減小。但是當(dāng)切削的速度較快時，極易導(dǎo)致細(xì)長軸因離心力的作用而發(fā)生彎曲，進(jìn)而對切削平穩(wěn)性產(chǎn)生破壞，必須將切削的速度控制在一個科學(xué)且可控的范圍內(nèi)。

4結(jié)束語
細(xì)長軸車削加工是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的一個加工方式，由于細(xì)長軸剛性較差，在進(jìn)行車削加工處理時，力度以及熱量等都會對它造成極大的影響，在這種情況下，細(xì)長軸發(fā)生形變的概率也極高，很難完全達(dá)到對應(yīng)的質(zhì)量要求。為此，必須挑選***佳的裝夾方式以及先進(jìn)且科學(xué)的加工方案，應(yīng)用對應(yīng)的切削用量提升細(xì)長軸加工水平，同時通過多種措施搭配使用的方式讓車削彎曲的形變量減小******小，乃***徹底消除。

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