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[摘 要]本文重点介绍了细长轴加工时中心架及跟刀架的重要作用、工件热变形伸长解决方法与合理选用车刀形状。[关键词]细长轴 刚性 热变形
中图分类号：P619.24+2文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0067-01
一、引言
所谓细长轴就是工件长度与直径之比大于25的轴类工件。细长轴因为本身刚性差，当受到切削力时，会引起弯曲、振动，严重影响零件的形状精度和表面粗糙度，这也正是“车工怕杆”的原因。细长轴加工比较困难，但也有一定的规律性，选用中心架和跟刀架、解决工件热变形伸长以及合理选用车刀形状是细长轴的三大关键技术。
二、中心架与跟刀架的选用
在车削细长轴时选用中心架和跟刀架的目的在于增强工件的刚性。
1、中心架有以下三种方法
（1）中心架直接安装在工件中间（见图1）。这这样支承长度与直径比值减少一半，细长轴的刚性可以增加几倍，缺点是必须在工件毛坯中间车一段安装中心架卡爪的沟槽。此方法适用于工件可分段车削的情况。
（2）用过渡套筒安装中心架。当车削支承中心架的沟槽比较困难时可采用此方法，它可使卡爪不直接与毛坯轴接触，过渡套筒的两端各装有四个螺钉，用这些螺钉夹住毛坯工件，但过渡套筒的外圆必须校正。
（3）工件一端夹住一端搭中心架。车削长轴的端面、钻中心和车削较长套筒的内孔与内螺纹时，都可用这种方法。
2、跟刀架的选用
对不适宜调头车削的细长轴，不能用中心架支承，而要用跟刀架支承进行车削。由于工件本身有一个向下的重力以及工件免不了有些弯曲，因此车削时，工件往往因离心力瞬时离开卡爪，瞬时接触卡爪而产生振动，所以最好采用三卡爪跟刀架，另一端因有车刀抵住，这样上下左右都不能移动，车削细长轴时就会稳定。但须注意的是刀架卡爪与工件的接触压力不宜过大或太小，压力过大，会把工件车成“竹节形”，压力太小不能起到跟刀架的作用，车削细长轴质量的好坏很大程度上与跟刀架卡爪压力调整有直接关系。这也是车削细长轴困难的原因之一。
三、工件的热变形伸长
车削时，因切削热的影响，使工件温度升高，会发生伸长变形。车削一般类轴件时可不考虑此问题，但细长轴由于工件长，伸长量大。所以必须考虑热变形的影响。工件热变形伸长量可用公式计算。
车削细长轴时，一般用两顶尖顶住或用一端夹住一端顶住的装夹方法加工，其轴向位置是固定的，如果工件变热伸长了△L，工件只能本身弯曲，细长轴一旦产生弯曲以后，加工就很难进行，可采取以下措施来克服热变形。
（1）使用弹性顶尖來补偿热变形伸长，实践证明用弹性顶尖加工细长轴，可有效的补偿工件的热变形伸长，工件不易弯曲，车削可顺利进行。
（2）无论是低速切削还是高速切削，最好使用充分的切削液进行冷却，以减少工件温度上升。
（3）采用反向进给车削，这样可使轴向分力只对工件产生的拉力，使工件已加工部分轴向拉伸，与工件变热伸长方向一致，共同向弹性顶尖压缩。（4）刀具应经常保持锐利状态，以减小刀具与工件的摩擦发热。四、合理选择车刀的几何形状
车细长轴时，由于工件刚性差，对振动非常敏感。如果车刀的几何形状选择则不当，也不可能得到良好的效果。为了减小车削细长轴产生的弯曲变形，要求车削时产生的切削力越小越好，而在刀具的几何角度中，前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大。选择时主要考虑以下几点：
（1）车刀主偏角Kr是影响径向力的主要因素，其大小影响着三个切削分力的大小和比例关系。随着主偏角的增大，径向切削力明显减小，在不影响刀具强度的情况下应尽量增大主偏角。为了减少径向分力而减少细长轴的弯曲，车刀的主偏角取φ=80°— 93°。
（2）前角γ0其大小直接着影响切削力、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。为了减少切削力，应该选择较大的前角，取γ15°—30°。
（3）刃倾角λs影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及三个切削分力的比例关系。随着刃倾角的增大，径向切削力明显减小，但轴向切削力和切向切削力却有所增大。选择负的刃倾角，取λs=-3°— -10°，使切屑流向待加工表面。另一方面，车刀车刀也容易切入工件，并可以减少切削力。
（4）车刀前面应该磨有R1.5—3的断屑槽，使切屑卷曲折断。为了减少径向切削力，刀尖圆弧半径应选的较小（R<0.3mm）。
（5）刀刃光洁度要高，并要经常保持锋利。
此外还应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，这直接影响着细长轴车削时的变形量。
五、结论
在实际中，细长轴的加工工艺经过多次总结但至今细长轴的加工对车工来说仍是个有挑战的工作。通过上述分析我们可知，无论是中心架和跟刀架的选取、工件热变形伸长解决方法、合理选用车刀形状以及切削用量的选取，都很大程度上由车工的加工经验决定。因此要想从根本提高细长轴的加工质量，我认为责任在于技术人员，技术人员应针对不同类型的细长轴进行总结归纳，将工人的加工经验形成理论数据，使缺乏加工经验的工人加工细长轴时少走弯路，轻松加工出合格品。
参考文献
[1] 濮良贵、纪明刚.机械设计.北京.高等教育出版社.2005.
[2] 旸余新.机械制造基础.北京.北京大学出版社.2008.
[3] 上海市金属切削技术协会.金属切削手册.上海.上海科学技术出版社.1994.
中图分类号：P619.24+2文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0067-01
一、引言
所谓细长轴就是工件长度与直径之比大于25的轴类工件。细长轴因为本身刚性差，当受到切削力时，会引起弯曲、振动，严重影响零件的形状精度和表面粗糙度，这也正是“车工怕杆”的原因。细长轴加工比较困难，但也有一定的规律性，选用中心架和跟刀架、解决工件热变形伸长以及合理选用车刀形状是细长轴的三大关键技术。
二、中心架与跟刀架的选用
在车削细长轴时选用中心架和跟刀架的目的在于增强工件的刚性。
1、中心架有以下三种方法
（1）中心架直接安装在工件中间（见图1）。这这样支承长度与直径比值减少一半，细长轴的刚性可以增加几倍，缺点是必须在工件毛坯中间车一段安装中心架卡爪的沟槽。此方法适用于工件可分段车削的情况。
（2）用过渡套筒安装中心架。当车削支承中心架的沟槽比较困难时可采用此方法，它可使卡爪不直接与毛坯轴接触，过渡套筒的两端各装有四个螺钉，用这些螺钉夹住毛坯工件，但过渡套筒的外圆必须校正。
（3）工件一端夹住一端搭中心架。车削长轴的端面、钻中心和车削较长套筒的内孔与内螺纹时，都可用这种方法。
2、跟刀架的选用
对不适宜调头车削的细长轴，不能用中心架支承，而要用跟刀架支承进行车削。由于工件本身有一个向下的重力以及工件免不了有些弯曲，因此车削时，工件往往因离心力瞬时离开卡爪，瞬时接触卡爪而产生振动，所以最好采用三卡爪跟刀架，另一端因有车刀抵住，这样上下左右都不能移动，车削细长轴时就会稳定。但须注意的是刀架卡爪与工件的接触压力不宜过大或太小，压力过大，会把工件车成“竹节形”，压力太小不能起到跟刀架的作用，车削细长轴质量的好坏很大程度上与跟刀架卡爪压力调整有直接关系。这也是车削细长轴困难的原因之一。
三、工件的热变形伸长
车削时，因切削热的影响，使工件温度升高，会发生伸长变形。车削一般类轴件时可不考虑此问题，但细长轴由于工件长，伸长量大。所以必须考虑热变形的影响。工件热变形伸长量可用公式计算。
车削细长轴时，一般用两顶尖顶住或用一端夹住一端顶住的装夹方法加工，其轴向位置是固定的，如果工件变热伸长了△L，工件只能本身弯曲，细长轴一旦产生弯曲以后，加工就很难进行，可采取以下措施来克服热变形。
（1）使用弹性顶尖來补偿热变形伸长，实践证明用弹性顶尖加工细长轴，可有效的补偿工件的热变形伸长，工件不易弯曲，车削可顺利进行。
（2）无论是低速切削还是高速切削，最好使用充分的切削液进行冷却，以减少工件温度上升。
（3）采用反向进给车削，这样可使轴向分力只对工件产生的拉力，使工件已加工部分轴向拉伸，与工件变热伸长方向一致，共同向弹性顶尖压缩。（4）刀具应经常保持锐利状态，以减小刀具与工件的摩擦发热。四、合理选择车刀的几何形状
车细长轴时，由于工件刚性差，对振动非常敏感。如果车刀的几何形状选择则不当，也不可能得到良好的效果。为了减小车削细长轴产生的弯曲变形，要求车削时产生的切削力越小越好，而在刀具的几何角度中，前角、主偏角和刃倾角对切削力的影响最大。选择时主要考虑以下几点：
（1）车刀主偏角Kr是影响径向力的主要因素，其大小影响着三个切削分力的大小和比例关系。随着主偏角的增大，径向切削力明显减小，在不影响刀具强度的情况下应尽量增大主偏角。为了减少径向分力而减少细长轴的弯曲，车刀的主偏角取φ=80°— 93°。
（2）前角γ0其大小直接着影响切削力、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。为了减少切削力，应该选择较大的前角，取γ15°—30°。
（3）刃倾角λs影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及三个切削分力的比例关系。随着刃倾角的增大，径向切削力明显减小，但轴向切削力和切向切削力却有所增大。选择负的刃倾角，取λs=-3°— -10°，使切屑流向待加工表面。另一方面，车刀车刀也容易切入工件，并可以减少切削力。
（4）车刀前面应该磨有R1.5—3的断屑槽，使切屑卷曲折断。为了减少径向切削力，刀尖圆弧半径应选的较小（R<0.3mm）。
（5）刀刃光洁度要高，并要经常保持锋利。
此外还应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，这直接影响着细长轴车削时的变形量。
五、结论
在实际中，细长轴的加工工艺经过多次总结但至今细长轴的加工对车工来说仍是个有挑战的工作。通过上述分析我们可知，无论是中心架和跟刀架的选取、工件热变形伸长解决方法、合理选用车刀形状以及切削用量的选取，都很大程度上由车工的加工经验决定。因此要想从根本提高细长轴的加工质量，我认为责任在于技术人员，技术人员应针对不同类型的细长轴进行总结归纳，将工人的加工经验形成理论数据，使缺乏加工经验的工人加工细长轴时少走弯路，轻松加工出合格品。
参考文献
[1] 濮良贵、纪明刚.机械设计.北京.高等教育出版社.2005.
[2] 旸余新.机械制造基础.北京.北京大学出版社.2008.
[3] 上海市金属切削技术协会.金属切削手册.上海.上海科学技术出版社.1994.