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【摘 要】通过分析细长轴的特点及细长轴加工有可能出现的工艺问题，找到改进方法，给出解决问题的具体方法。
【关键词】细长轴；变形；消除方法
长度与之直径比大于20～25（即L/d≥20～25）的轴称之为细长轴。在车削过程中横置的细长轴很容易弯曲甚至失稳产生工艺系统振动，影响零件的粗糙度。同时细长轴的弯曲变形破坏了刀具和零件相对运动的准确性，使加工出来的细长轴产生中间粗、两头细的形状，严重影响零件的加工精度.致使工件的形位公差精度和表面粗糙度较难达到图纸要求。
一、细长轴的加工特点
（一）车削时产生的径向切削力会使工件弯曲，引起振动，影响加工精度和表面粗糙度。
（二）工件的自重、变形和振动，会影响工件圆柱度和表面粗糙度。
（三）工件高速旋转时，在离心力的作用下变形，加剧了工件的弯曲和振动。
（四）产生的切削热会导致工件轴向伸长变形，使工件发生弯曲，影响加工质量
二、车削细长轴产生弯曲变形的因素分析
（一）切削力导致变形
在车削过程中，产生的切削力可以分解为轴向切削力、径向切削力及切向切削力。不同的切削力对车削细长轴时产生弯曲变形的影响是不同的。轴向切削力是平行作用在细长轴轴线方向上的，它对工件形成一个弯矩。由于细长轴的刚性较差，其稳定性也较差，当轴向切削力超过一定数值时，将会把细长轴压弯而发生纵向弯曲变形。径向切削力是垂直作用在通过细长轴轴线水平平面内的，由于细长轴的刚性较差，径向力将会把细长轴顶弯，使其在水平面内发生弯曲变形。
（二）切削热产生的影响
加工产生的切削热，会引起工件热变形伸长。由于在车削过程中，卡盘和尾架顶尖都是固定不动的，因此两者之间的距离也是固定不变的。这样细长轴受热后的轴向伸长量受到限制，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。
因此可以看出，提高细长轴的加工精度问题，实质上就是控制工艺系统的受力及受热变形的问题。
三、提高细长轴加工精度的措施
（一）加工前的准备工作
机床调整：车床主轴与尾座两中心线的连线与车床大导轨上下左右必须平行，允差应小于0.02mm。
跟刀架调整：跟刀架在安装好后必须进行修整，修整的方法，可采用研、铰、镗等方法，使跟刀架爪与工件接触的弧面R≥工件半径，千万不可小于工件半径，以防止多棱产生。
棒料的校直：对于精度要求高的零件要采用热校直法校直棒料，不宜冷校直，忌锤击。
（二）选择合适的装夹方法
1、双顶尖法装夹法
采用双顶尖装夹，工件定位准确，容易保证同轴度。但用该方法装夹细长轴，其刚性较差，细长轴弯曲变形较大，而且容易产生振动.因此只适宜于长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高、多台阶轴类零件的加工。
2、一夹一顶的装夹法
采用一夹一顶的装夹方式。顶尖应采用弹性活顶尖，使细长轴受热后可以自由伸长，减少其受热弯曲变形；同时可在卡爪与细长轴之间垫入一个开口钢丝圈，以减少卡爪与细长轴的轴向接触长度，消除安装时的过定位，减少弯曲变形。
3、双刀切削法
采用双刀车削细长轴，改装车床中溜板增加后刀架，采用前后两把车刀同时进行车削。两把车刀，径向相对，前车刀正装，后车刀反装。两把车刀车削时产生的径向切削力相互抵消。工件受力变形和振动小，加工精度高，适用于批量生产。
4、采用跟刀架和中心架
采用一夹一顶的装夹方式车削细长轴，为了减少径向切削力对细长轴弯曲变形的影响，传统上采用跟刀架和中心架，相当于在细长轴上增加了一个支撑，增加了细长轴的刚度，可有效地减少径向切削力对细长轴的影响。
5、采用反向切削法车削细长轴
反向切削法是指在细长轴的车削过程中，车刀由主轴卡盘开始向尾架方向进给.这样在加工过程中产生的轴向切削力使细长轴受拉，消除了轴向切削力引起的弯曲变形。同时，采用弹性的尾架顶尖，可以有效地补偿刀具至尾架一段的工件的受压变形和热伸长量，避免工件的压弯变形。
（三）选择合理的刀具角度
采用主偏角Κr = 75°～90°的偏刀，选择正刃倾角，能够减小径向力和振动，还可以使切屑流向待加工表面。保持切削刃口锋利，前角控制在15°～30°之间，副后角控制在4°～6°之间，刀尖圆角半径r<0.3mm。刀具安装应略高于车床主轴中心。
（四）合理地控制切削用量
切削用量选择的是否合理，对切削过程中产生的切削力的大小、切削热的多少是不同的。因此对车削细长轴时引起的变形也是不同的。
切削深度：在工艺系统刚度确定的前提下，随着切削深度的增大，车削时产生的切削力、切削热随之增大，引起细长轴的受力、受热变形也增大。因此在车削细长轴时，应尽量减少切削深度。
进给量：进给量增大会使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此细长轴的受力变形系数有所下降.如果从提高切削效率的角度来看，增大进给量比增大切削深度有利。
切削速度：提高切削速度有利于降低切削力。这是因为，随着切削速度的增大，切削温度提高，刀具与工件之间的摩擦力减小，细长轴的受力变形减小。但切削速度过高容易使细长轴在离心力作用下出现弯曲，破坏切削过程的平稳性，所以切削速度应控制在一定范围。对长径比较大的工件，切削速度要适当降低。
四、结论
车床加工细长轴在机械加工中较为常见，由于其刚性差，加工时受切削力、切削热等因素的影响，变形较大，很难保证细长轴的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式，采取合理的辅助支承和先进的加工方法，同时选择合理的刀具角度和切削用量，是能够保证细长轴的加工质量要求的。
参考文献：
[1] 陈日曜.金属切削原理（第二版）[M]北京：机械工业出版社.1995.
[2] 杨授时.中级车工技术[M]北京：机械工业出版社.1999.
[3] 彭云峰，郭隐彪.车削加工工艺及应用[M]北京：国防工业出版社.2010.
【关键词】细长轴；变形；消除方法
长度与之直径比大于20～25（即L/d≥20～25）的轴称之为细长轴。在车削过程中横置的细长轴很容易弯曲甚至失稳产生工艺系统振动，影响零件的粗糙度。同时细长轴的弯曲变形破坏了刀具和零件相对运动的准确性，使加工出来的细长轴产生中间粗、两头细的形状，严重影响零件的加工精度.致使工件的形位公差精度和表面粗糙度较难达到图纸要求。
一、细长轴的加工特点
（一）车削时产生的径向切削力会使工件弯曲，引起振动，影响加工精度和表面粗糙度。
（二）工件的自重、变形和振动，会影响工件圆柱度和表面粗糙度。
（三）工件高速旋转时，在离心力的作用下变形，加剧了工件的弯曲和振动。
（四）产生的切削热会导致工件轴向伸长变形，使工件发生弯曲，影响加工质量
二、车削细长轴产生弯曲变形的因素分析
（一）切削力导致变形
在车削过程中，产生的切削力可以分解为轴向切削力、径向切削力及切向切削力。不同的切削力对车削细长轴时产生弯曲变形的影响是不同的。轴向切削力是平行作用在细长轴轴线方向上的，它对工件形成一个弯矩。由于细长轴的刚性较差，其稳定性也较差，当轴向切削力超过一定数值时，将会把细长轴压弯而发生纵向弯曲变形。径向切削力是垂直作用在通过细长轴轴线水平平面内的，由于细长轴的刚性较差，径向力将会把细长轴顶弯，使其在水平面内发生弯曲变形。
（二）切削热产生的影响
加工产生的切削热，会引起工件热变形伸长。由于在车削过程中，卡盘和尾架顶尖都是固定不动的，因此两者之间的距离也是固定不变的。这样细长轴受热后的轴向伸长量受到限制，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形。
因此可以看出，提高细长轴的加工精度问题，实质上就是控制工艺系统的受力及受热变形的问题。
三、提高细长轴加工精度的措施
（一）加工前的准备工作
机床调整：车床主轴与尾座两中心线的连线与车床大导轨上下左右必须平行，允差应小于0.02mm。
跟刀架调整：跟刀架在安装好后必须进行修整，修整的方法，可采用研、铰、镗等方法，使跟刀架爪与工件接触的弧面R≥工件半径，千万不可小于工件半径，以防止多棱产生。
棒料的校直：对于精度要求高的零件要采用热校直法校直棒料，不宜冷校直，忌锤击。
（二）选择合适的装夹方法
1、双顶尖法装夹法
采用双顶尖装夹，工件定位准确，容易保证同轴度。但用该方法装夹细长轴，其刚性较差，细长轴弯曲变形较大，而且容易产生振动.因此只适宜于长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高、多台阶轴类零件的加工。
2、一夹一顶的装夹法
采用一夹一顶的装夹方式。顶尖应采用弹性活顶尖，使细长轴受热后可以自由伸长，减少其受热弯曲变形；同时可在卡爪与细长轴之间垫入一个开口钢丝圈，以减少卡爪与细长轴的轴向接触长度，消除安装时的过定位，减少弯曲变形。
3、双刀切削法
采用双刀车削细长轴，改装车床中溜板增加后刀架，采用前后两把车刀同时进行车削。两把车刀，径向相对，前车刀正装，后车刀反装。两把车刀车削时产生的径向切削力相互抵消。工件受力变形和振动小，加工精度高，适用于批量生产。
4、采用跟刀架和中心架
采用一夹一顶的装夹方式车削细长轴，为了减少径向切削力对细长轴弯曲变形的影响，传统上采用跟刀架和中心架，相当于在细长轴上增加了一个支撑，增加了细长轴的刚度，可有效地减少径向切削力对细长轴的影响。
5、采用反向切削法车削细长轴
反向切削法是指在细长轴的车削过程中，车刀由主轴卡盘开始向尾架方向进给.这样在加工过程中产生的轴向切削力使细长轴受拉，消除了轴向切削力引起的弯曲变形。同时，采用弹性的尾架顶尖，可以有效地补偿刀具至尾架一段的工件的受压变形和热伸长量，避免工件的压弯变形。
（三）选择合理的刀具角度
采用主偏角Κr = 75°～90°的偏刀，选择正刃倾角，能够减小径向力和振动，还可以使切屑流向待加工表面。保持切削刃口锋利，前角控制在15°～30°之间，副后角控制在4°～6°之间，刀尖圆角半径r<0.3mm。刀具安装应略高于车床主轴中心。
（四）合理地控制切削用量
切削用量选择的是否合理，对切削过程中产生的切削力的大小、切削热的多少是不同的。因此对车削细长轴时引起的变形也是不同的。
切削深度：在工艺系统刚度确定的前提下，随着切削深度的增大，车削时产生的切削力、切削热随之增大，引起细长轴的受力、受热变形也增大。因此在车削细长轴时，应尽量减少切削深度。
进给量：进给量增大会使切削厚度增加，切削力增大。但切削力不是按正比增大，因此细长轴的受力变形系数有所下降.如果从提高切削效率的角度来看，增大进给量比增大切削深度有利。
切削速度：提高切削速度有利于降低切削力。这是因为，随着切削速度的增大，切削温度提高，刀具与工件之间的摩擦力减小，细长轴的受力变形减小。但切削速度过高容易使细长轴在离心力作用下出现弯曲，破坏切削过程的平稳性，所以切削速度应控制在一定范围。对长径比较大的工件，切削速度要适当降低。
四、结论
车床加工细长轴在机械加工中较为常见，由于其刚性差，加工时受切削力、切削热等因素的影响，变形较大，很难保证细长轴的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式，采取合理的辅助支承和先进的加工方法，同时选择合理的刀具角度和切削用量，是能够保证细长轴的加工质量要求的。
参考文献：
[1] 陈日曜.金属切削原理（第二版）[M]北京：机械工业出版社.1995.
[2] 杨授时.中级车工技术[M]北京：机械工业出版社.1999.
[3] 彭云峰，郭隐彪.车削加工工艺及应用[M]北京：国防工业出版社.2010.