车削加工过程中,细长轴类零件的加工比较困难,主要原因是工件细长,刚性较差;加工中不采取措施,就容易产生弯曲、振动而导致工件质量差甚至达不到要求。在学校钳工实训当中,鸭嘴锤的手柄短细,加工出来的手柄质量很差。经过具体研究,我们总结出以下几方面存在的问题并进行了改进,使得手柄加工得以顺利完成。
　　一、加工工艺及存在的主要问题
　　毛坯材质为45号钢,直径为12mm,长度205mm左右,弯曲度较大。采用一夹一顶的方式装夹,先车平面,车出卡一端的圆柱面,调头车平面,打中心孔,卡上后用顶尖顶上,进行粗精加工。加工中主要出现以下几个方面的问题:工件加工过程中产生变形、振动使加工质量受到严重影响;加工过程当中,排屑不畅,堆积在刀尖附近,划伤已加工表面;切屑呈深蓝色,刀尖损坏,造成工件废品。
　　二、主要改进措施
　　1.改善工件弯曲变形及振动状况
　　(1)校直。毛坯弯曲度大,切削用量不均,容易发生振动,经过简单校直后,使切削后的表面残余应力保持均匀,避免工件在使用中产生较大变形。由于条件所限,我们采用冷校直,效果非常明显,废品率明显降低。
　　(2)跟刀架。采用三支承跟刀架,用三个支承和车刀抵住工件,使其在车削时上下前后都不能径向跳动。切削中跟刀架三支承爪与车刀组成两对径向压力,平衡切削时产生的径向力。工件只能绕轴线旋转,能平稳地切削加工。加工过程中,要求架爪与工件表面要接触良好。其压力大小控制好,不得过紧或过松,加工中进行注油润滑。该措施使工件刚性大大增强,有效防止弯曲变形,保证加工质量。
　　(3)活顶尖。顶尖与工件接触压力的大小要控制,压力太大会使工件弯曲变形,压力太小容易引起开始吃刀的振动。另外,加工过程中,因为工件受热伸长,受到轴向挤压而引起弯曲变形。因此,要注意随着工件温度的升高,适当将尾座顶尖稍微后撤,使其松紧适度。
　　(4)反向走刀。走刀过去是采用从尾座向卡盘端进行车削,调整为采用反向走刀。正向走刀时,细长轴处于受压状态,很难保持原来的直线状态,会发生侧弯变形,进一步降低加工质量;反向走刀时,轴内部产生较大的拉应力,不会径向变形,振动明显减少,加工质量和精度明显提高。
　　2.提高车刀刃磨技术
　　(1)主偏角。为了减少细长轴的弯曲,在实际切削中径向切削力越小越好,而刀具的主偏角是影响径向力的主要因素。因此在不影响刀具的情况下,应尽量增大车刀主偏角,实践中选用90°角。
　　(2)前角。前角直接影响切削力、切削温度和切削功率。增大前角,可以使被切削金属层的塑性变形程度减小,切削力明显减小。但增大前角,会使楔角减小、切削刃与刀头强度降低,容易造成崩刃。还会使刀头的散热面积和容热体积减小,使切削区局部温度上升,易造成刀具的磨损,刀具耐用度下降。据此粗车刀前角取15°角,精车刀前角取30°角。另外,要注意降低前刀面的粗糙度值,保持刀具锐利,以减少车刀与工件的摩擦。
　　(3)刃倾角。在实际切削中,为了使切屑流向待加工面以防损坏已加工面,影响加工质量,取正的刃倾角3°左右。
　　(4)断屑槽。在加工中取较大前角,但是较大前角不利于断屑,容易导致切屑连续不断,形成缠绕。为使切屑能顺利弯曲折断,在车刀前面磨出断屑槽,使切屑流入断屑槽时再卷曲变形,进一步硬化和脆化。选择外斜式宽度为4-5mm的断屑槽,切削屑流出方向稳定,排屑流畅,断屑良好。
　　3.调整切削用量
　　(1)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,使细长轴的受力、受热变形也增大。由于硬皮层的存在,粗加工的背吃刀量按照大于硬皮层的厚度以保护刀尖原则,选择1mm;精加工阶段,为保证加工质量切削余量保持在0.2mm。
　　(2)进给量及进给方案。进给量增大会使切削厚度增加、切削力增大,但同时自激振幅降低、切削效率提高。经过几次试验之后,维持粗加工进给量在0.2mm/r,精加工在0.1mm/r。另外为有利于切屑的断裂,也考虑到对加工效率要求不高。在粗加工过程中,保持进给量按“f→0→f→0……”的顺序依次切换(f为切削时刀具的进给量,0表示进给量为零),断屑效果直接有效。
　　(3)切削速度。粗加工时,背吃刀量和进给量都较大,切削速度受刀具耐用度和机床功率的限制,一般较低。精加工时,背吃刀量和进给量都较小,切削速度主要受加工质量和刀具耐用度的限制,一般较高。考虑到自激振动的影响,以及精加工时避开积屑瘤产生的速度范围,粗车时切削速度调整到20m/min,精车时,切削速度60～100m/min。
　　4.在润滑冷却方面,加注充分的切削液
　　除了能够减少工件的温升而引起热变形,又保证了刀具的耐用度,以减小刀具磨损给工件带来的形状误差,切削液还能够有效防止跟刀架支承爪划伤工件。
　　(作者单位:浙江省萧山科技学院)