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摘要：细长轴类零件因长细比较大、刚性差，在车削加工中因受切削力、切削热以及振动等因素导致加工精度不高，本文分析了细长轴类零件变形的原因，然后对其加工工艺进行了探析。
关键词：细长轴;车床;变形;加工工艺
引言
轴类零件是机械中广泛使用的零件，当轴的长径比大于或等于20-25时（即L/d≥20-25）称为细长轴。由于细长轴的刚性差，在车削加工过程，当受到振动、切削力、切削热等因素的影响时，很容易发生变形，加工出来后呈现两头细，中间粗的“纺锤”形结构，进而难以保证加工精度。因此，细长轴类零件的加工是车工师傅们公认的难题之一。
1细长轴类零件变形原因分析
1.1切削力的影响
细长轴类零件因长径比大，因此其刚性差，在车削加工时，车削力可分解为沿横截面方向的径向分力，沿工件轴线方向的轴向分力，以及切向分力。其中径向分力会对细长轴产生一个顶弯的力矩作用，使其在沿径向发生水平弯曲;轴向分力沿工件轴线方向上施加压力，当超过一定值以后，同样会使得细长轴发生弯曲变形。此外，工件在旋转时，受自身重力和离心力的作用，也会发生变形和振动，进一步对细长轴的精度与表面粗糙度产生影响。
1.2切削热的影响
根据金属的特性，零件在车刀切削时，会产生大量的切削热。因细长散热性能差，受切削热的影响，细长轴在切削过程中会因温度升高而产生变形而伸长。工件的热变形伸长量用以下公式计算：
其中：为工件变形伸长量，为材料膨胀系数，为工件总长，为工件升高的温度。从式子中不难看出工件越长，热变形越厉害，当采用两顶尖的装夹方式时，因工件尾端固定而没有自由伸长量，所以会发生弯曲变形。
1.3车刀的影响
在车削细长轴时，车刀不锋利或者车刀几何角度不合适，会使得加工过程中产生积屑瘤，导致产生过多的热量，从而影响细长轴的加工精度和质量。
1.4切削时间长
因为细长轴的轴线长度过长，在加工过程中，车刀轴向进给时间长，会对刀具产生磨损，进而影响精度。
2细长轴类零件加工工艺措施
细长轴的普通车加工时，要想保证加工精度，必须调整好机床，使得机床主轴中心和尾座中心严格对齐，即要使得尾座中心与主轴中心的连线与机床导轨平行。
2.1合理选用细长轴的装夹方法
利用普通车床加工细长轴时，通常采用一夹一顶或者双顶尖的方式装夹。双顶尖装夹时，工件同轴度高，定位准确，但工件稳定性不好，旋转时产生振动，适合长径比较小的细长轴加工。采用一夹一顶的方式装夹细长轴时，顶尖与工件不能顶的太紧，且后顶尖多采用弹簧顶尖，这样可为细长轴的轴向热变形伸长提供弹性空间，从而减少热变形。此外在一夹一顶装夹方式时，为防止出现过定位现象，减少卡盘卡爪与工件的接触面积，通常在卡爪部位加垫一开口钢丝圈。因此，一夹一顶（顶尖采用弹性活顶尖）的装夹方式是细长轴加工常用方式之一。
2.2选用辅助支撑
细长轴在切削过程中，为减少弯曲变形，选用合理的辅助支撑很有必要。常用的辅助支撑有中心架和跟刀架两种，如图1所示。采用中心架加工细长轴时，一般将中心架支撑在轴的中间部位，先车右端各外圆，调头后同样装夹后再车另一端的外圆，这样就相当于将细长轴的长度减半，进而降低了变形。跟刀架有两个或三个支承爪，当采用跟刀架加工细长轴时，跟刀架固定在大拖板侧面上，随刀架纵向运动，紧跟在车刀后面起辅助支承作用，能够抵消车削的径向分力，从而降低变形。
2.3选用适当刀具
车刀的几何角度和形状对细长轴的加工也存在很大影响，在加工时，车刀的前角，主偏角以及车刀刃倾角会对车削力的大小产生影响。因此尽量选用耐磨的合金车刀，最好选用标准成型车刀，这样一方面能很好的断铁屑，另一方面还能减小加工时的切削温度和切削力。
2.4选择适当切削用量
我们都知道，在金属切削加工中切削用量三要素对零件的精度和表面粗糙影响很大。因此，细长轴车削加工时，合理地选择切削用量三要素能很好的控制加工过程中的切削力和切削热，进而间接地降低变形。一般情况下，背吃刀量越大，切削力和切削热会越大;切削速度越大，切削力越小，但随着切削速度的增大，工件的离心力也越大，因此在细长轴加工时，需要将切削用量三要素控制合理的范围内。
2.5反向走刀切削法
当采用一夹一顶装夹方式且尾部选用弹性活顶尖时，采用反向走刀的方式（即从车床床头往床尾走刀）时，零件在轴向切削分力的作用下伸长，因尾座装有弹性活顶尖，有一定的弹性余量，因此可有效避免细长轴因受切削力而发生弯曲变形。
2.6双刀对刀切削法
双刀对刀切削法是指对车床溜板箱进行改装，加装后刀架，装刀时，两把车刀一个正装，一个反装，这样两把车刀径向相对，可以让车削时产生的径向切削分力相互抵消，进而降低弯曲变形和机械振动，提高加工精度。
除了上述六种工艺措施外，当细长轴上具有螺纹、沟槽或键槽等其他特征时，选择恰当的加工工艺也是十分必要的，能够有效减小变形。
3结束语
细长轴类零件因其长径比大，刚度低，车削时在车削力，车削热以及振动作用下容易发生变形，难以保证加工精度。本文分析了变形原因，介绍了选取合理的装夹、辅助支撑、选取适当切削用量等加工工艺，可以有效地减少变形，提高加工质量。
参考文献
[1] 唐永忠. 细长轴类零件加工方法探讨[J]. 精密制造与自动化.2016（1）：58-60.
[2] 王先逵.机械制造工艺学 [M ].北京：机械工业出版社，2006.
[3] 黄跃，熊强，姜利民.浅析细长轴车削加工关键技术 [J]. 南方农机，2015（8）：29-30.
作者簡介：李付君（1983—），男，工程硕士，讲师，研究方向：机械制造及其自动化。
（作者单位：山东交通职业学院）
关键词：细长轴;车床;变形;加工工艺
引言
轴类零件是机械中广泛使用的零件，当轴的长径比大于或等于20-25时（即L/d≥20-25）称为细长轴。由于细长轴的刚性差，在车削加工过程，当受到振动、切削力、切削热等因素的影响时，很容易发生变形，加工出来后呈现两头细，中间粗的“纺锤”形结构，进而难以保证加工精度。因此，细长轴类零件的加工是车工师傅们公认的难题之一。
1细长轴类零件变形原因分析
1.1切削力的影响
细长轴类零件因长径比大，因此其刚性差，在车削加工时，车削力可分解为沿横截面方向的径向分力，沿工件轴线方向的轴向分力，以及切向分力。其中径向分力会对细长轴产生一个顶弯的力矩作用，使其在沿径向发生水平弯曲;轴向分力沿工件轴线方向上施加压力，当超过一定值以后，同样会使得细长轴发生弯曲变形。此外，工件在旋转时，受自身重力和离心力的作用，也会发生变形和振动，进一步对细长轴的精度与表面粗糙度产生影响。
1.2切削热的影响
根据金属的特性，零件在车刀切削时，会产生大量的切削热。因细长散热性能差，受切削热的影响，细长轴在切削过程中会因温度升高而产生变形而伸长。工件的热变形伸长量用以下公式计算：
其中：为工件变形伸长量，为材料膨胀系数，为工件总长，为工件升高的温度。从式子中不难看出工件越长，热变形越厉害，当采用两顶尖的装夹方式时，因工件尾端固定而没有自由伸长量，所以会发生弯曲变形。
1.3车刀的影响
在车削细长轴时，车刀不锋利或者车刀几何角度不合适，会使得加工过程中产生积屑瘤，导致产生过多的热量，从而影响细长轴的加工精度和质量。
1.4切削时间长
因为细长轴的轴线长度过长，在加工过程中，车刀轴向进给时间长，会对刀具产生磨损，进而影响精度。
2细长轴类零件加工工艺措施
细长轴的普通车加工时，要想保证加工精度，必须调整好机床，使得机床主轴中心和尾座中心严格对齐，即要使得尾座中心与主轴中心的连线与机床导轨平行。
2.1合理选用细长轴的装夹方法
利用普通车床加工细长轴时，通常采用一夹一顶或者双顶尖的方式装夹。双顶尖装夹时，工件同轴度高，定位准确，但工件稳定性不好，旋转时产生振动，适合长径比较小的细长轴加工。采用一夹一顶的方式装夹细长轴时，顶尖与工件不能顶的太紧，且后顶尖多采用弹簧顶尖，这样可为细长轴的轴向热变形伸长提供弹性空间，从而减少热变形。此外在一夹一顶装夹方式时，为防止出现过定位现象，减少卡盘卡爪与工件的接触面积，通常在卡爪部位加垫一开口钢丝圈。因此，一夹一顶（顶尖采用弹性活顶尖）的装夹方式是细长轴加工常用方式之一。
2.2选用辅助支撑
细长轴在切削过程中，为减少弯曲变形，选用合理的辅助支撑很有必要。常用的辅助支撑有中心架和跟刀架两种，如图1所示。采用中心架加工细长轴时，一般将中心架支撑在轴的中间部位，先车右端各外圆，调头后同样装夹后再车另一端的外圆，这样就相当于将细长轴的长度减半，进而降低了变形。跟刀架有两个或三个支承爪，当采用跟刀架加工细长轴时，跟刀架固定在大拖板侧面上，随刀架纵向运动，紧跟在车刀后面起辅助支承作用，能够抵消车削的径向分力，从而降低变形。
2.3选用适当刀具
车刀的几何角度和形状对细长轴的加工也存在很大影响，在加工时，车刀的前角，主偏角以及车刀刃倾角会对车削力的大小产生影响。因此尽量选用耐磨的合金车刀，最好选用标准成型车刀，这样一方面能很好的断铁屑，另一方面还能减小加工时的切削温度和切削力。
2.4选择适当切削用量
我们都知道，在金属切削加工中切削用量三要素对零件的精度和表面粗糙影响很大。因此，细长轴车削加工时，合理地选择切削用量三要素能很好的控制加工过程中的切削力和切削热，进而间接地降低变形。一般情况下，背吃刀量越大，切削力和切削热会越大;切削速度越大，切削力越小，但随着切削速度的增大，工件的离心力也越大，因此在细长轴加工时，需要将切削用量三要素控制合理的范围内。
2.5反向走刀切削法
当采用一夹一顶装夹方式且尾部选用弹性活顶尖时，采用反向走刀的方式（即从车床床头往床尾走刀）时，零件在轴向切削分力的作用下伸长，因尾座装有弹性活顶尖，有一定的弹性余量，因此可有效避免细长轴因受切削力而发生弯曲变形。
2.6双刀对刀切削法
双刀对刀切削法是指对车床溜板箱进行改装，加装后刀架，装刀时，两把车刀一个正装，一个反装，这样两把车刀径向相对，可以让车削时产生的径向切削分力相互抵消，进而降低弯曲变形和机械振动，提高加工精度。
除了上述六种工艺措施外，当细长轴上具有螺纹、沟槽或键槽等其他特征时，选择恰当的加工工艺也是十分必要的，能够有效减小变形。
3结束语
细长轴类零件因其长径比大，刚度低，车削时在车削力，车削热以及振动作用下容易发生变形，难以保证加工精度。本文分析了变形原因，介绍了选取合理的装夹、辅助支撑、选取适当切削用量等加工工艺，可以有效地减少变形，提高加工质量。
参考文献
[1] 唐永忠. 细长轴类零件加工方法探讨[J]. 精密制造与自动化.2016（1）：58-60.
[2] 王先逵.机械制造工艺学 [M ].北京：机械工业出版社，2006.
[3] 黄跃，熊强，姜利民.浅析细长轴车削加工关键技术 [J]. 南方农机，2015（8）：29-30.
作者簡介：李付君（1983—），男，工程硕士，讲师，研究方向：机械制造及其自动化。
（作者单位：山东交通职业学院）