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【摘 要】 细长轴的车削加工是机械加工中比较常见的一种加工方式。由于细长轴刚性差，车削时产生的受力、受热变形较大，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和先进的加工方法，选择合理的刀具角度和切削用量等措施，可以保证细长轴的加工质量要求。
【关键词】 细长轴；加工特点；误差；精度；措施
【中图分类号】G64.02 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）9-0-01
1.细长轴加工误差产生的原因及消除方法
1.1加工原理的误差
加工原理的误差是指在满足生产需求的前提下，采用近似的传动关系或忽略一些不大影响加工的条件。如车削细长轴时，采用近似的传动关系或近似的刀刃轮廓，虽然会带来加工原理误差，但往往可简化机床结构或刀具形状等参数。因此，只要其误差不超过规定的精度要求，在生产中仍可得到广泛的应用。
1.2制造几何误差
加工中刀具相对于工件的成型运动大都是通过车床完成的，细长轴的加工精度很大程度上取决于车床的精度，车床制造误差中对工件加工精度影响较大的误差有主轴回转误差和传动链误差。在加工细长轴前先选择好机床的精度能加工出这种细长轴的精度等级。
1.3力变形所引起的误差
工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力等作用下将产生相应的变形，破坏刀具与工件之间的正确位置，使工件产生各种加工误差。
这些力大致可分为内应力和外力引起的误差。
1.3.1内应力引起的细长轴变形的误差
内应力又称残余应力，指在没有外力作用下或去掉外力后仍存残余留在工件内部的应力。工件一旦有残余应力产生，就会使工件材料暂时处于一种稳定的状态，继而随着时间不断的推移，工件会恢复到没有应力的状态，从而使工件产生加工误差。
1.3.2外力引起细长轴变形的误差
车削细长轴时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件的压力不当，会影响加工精度，若压力过小或不接触时则不起作用，不能提高零件的刚度；若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀架继续移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块与工件脱离，切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出的直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件压向车刀，使车出的直径变小，这样连续有规律的变化，就会把细长的工件车成“竹节”形。造成机床，工件，刀具工艺系统的刚性不良，给切削加工带来困难，不易获得良好表面质量和几何精度。
1.4热变形所引起的误差
切削加工过程中产生的切削热传给工件的热量占总切削热的30%左右，切削速度越高，切削带走的热量越多，传给工件的热量就越少。细长轴的热扩散性能差，在切削热作用下会产生相当大的线膨胀，如果两端为固定支撑，则工件会因伸长而顶弯。由于加工刀体小，热容量小，所以刀具切削部分的温度高，引起刀具伸长，继而产生加工误差。
2.提高细长轴的加工精度的措施
2.1选择合适的装夹方法
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。因此只适宜于安装长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高的工件。
采用一夹一顶的装夹方式，如果顶尖顶得太紧，除了可能将细长轴顶弯外，还能阻碍车削时细长轴的受热伸长，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形，因此在采用此装夹方式时，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。
2.2直接减少细长轴受力变形
2.2.1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。
2.2.2采用轴向拉夹法车削细长轴
轴向夹拉车削是指在车削细长轴过程中，细长轴的一端由卡盘夹紧，另一端由专门设计的夹拉头夹紧，夹拉头给细长轴施加轴向拉力。
在车削过程中，细长轴始终受到轴向拉力，解决了轴向切削力把细长轴压弯的问题。同时在轴向拉力的作用下，会使细长轴由于径向切削力引起的弯曲变形程度减小；补偿了因切削热而产生的轴向伸长量，提高了细长轴的刚性和加工精度。
2.2.3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。
2.3合理地控制切削用量
2.3.1切削深度（t）
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。
2.3.2进给量（f）
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。
2.3.3切削速度（v）
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。
2.4选择合理的刀具角度
2.4.1前角（γ）
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。
增大前角可以降低切削力，所以在细长轴车削中，在保证车刀有足够强度前提下，尽量使刀具的前角增大，前角一般取γ=15°。
2.4.2主偏角（kr）
其大小影响着3个切削分力的大小和比例关系。随着主偏角的增大，径向切削力明顯减小，切向切削力在60°～90°时却有所增大。在60°～75°范围内，3个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时，一般采用大于60°的主偏角。
2.4.3刃倾角（λs）
刃倾角影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及3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。刃倾角在-10°～+10°范围内，3个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时，常采用正刃倾角+3°～+10°，使切屑流向待加工表面。
参考文献
[1]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.
[2]王先逵.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2006.
[3]余新旸.机械制造基础.北京：北京大学出版社，2008.
[4]邹积德.机械制造工艺与夹具应用.北京：化学工业出版社，2010.
[5]恽达明.金属切削机床.北京：机械工业出版社，2005.
[6]郁鼎文.现代制造技术[M].北京：清华大学出版社，2006.
[7]余新旸.机械制造基础[M].北京：北京大学出版社，2008.
【关键词】 细长轴；加工特点；误差；精度；措施
【中图分类号】G64.02 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）9-0-01
1.细长轴加工误差产生的原因及消除方法
1.1加工原理的误差
加工原理的误差是指在满足生产需求的前提下，采用近似的传动关系或忽略一些不大影响加工的条件。如车削细长轴时，采用近似的传动关系或近似的刀刃轮廓，虽然会带来加工原理误差，但往往可简化机床结构或刀具形状等参数。因此，只要其误差不超过规定的精度要求，在生产中仍可得到广泛的应用。
1.2制造几何误差
加工中刀具相对于工件的成型运动大都是通过车床完成的，细长轴的加工精度很大程度上取决于车床的精度，车床制造误差中对工件加工精度影响较大的误差有主轴回转误差和传动链误差。在加工细长轴前先选择好机床的精度能加工出这种细长轴的精度等级。
1.3力变形所引起的误差
工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力等作用下将产生相应的变形，破坏刀具与工件之间的正确位置，使工件产生各种加工误差。
这些力大致可分为内应力和外力引起的误差。
1.3.1内应力引起的细长轴变形的误差
内应力又称残余应力，指在没有外力作用下或去掉外力后仍存残余留在工件内部的应力。工件一旦有残余应力产生，就会使工件材料暂时处于一种稳定的状态，继而随着时间不断的推移，工件会恢复到没有应力的状态，从而使工件产生加工误差。
1.3.2外力引起细长轴变形的误差
车削细长轴时由于使用跟刀架，若支承工件的两个支承块对零件的压力不当，会影响加工精度，若压力过小或不接触时则不起作用，不能提高零件的刚度；若压力过大，零件被压向车刀，切削深度增加，车出的直径就小，当跟刀架继续移动后，支承块支承在小直径外圆处，支承块与工件脱离，切削力使工件向外让开，切削深度减小，车出的直径变大，以后跟刀架又跟到大直径圆上，又把工件压向车刀，使车出的直径变小，这样连续有规律的变化，就会把细长的工件车成“竹节”形。造成机床，工件，刀具工艺系统的刚性不良，给切削加工带来困难，不易获得良好表面质量和几何精度。
1.4热变形所引起的误差
切削加工过程中产生的切削热传给工件的热量占总切削热的30%左右，切削速度越高，切削带走的热量越多，传给工件的热量就越少。细长轴的热扩散性能差，在切削热作用下会产生相当大的线膨胀，如果两端为固定支撑，则工件会因伸长而顶弯。由于加工刀体小，热容量小，所以刀具切削部分的温度高，引起刀具伸长，继而产生加工误差。
2.提高细长轴的加工精度的措施
2.1选择合适的装夹方法
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。因此只适宜于安装长径比不大、加工余量较小、同轴度要求较高的工件。
采用一夹一顶的装夹方式，如果顶尖顶得太紧，除了可能将细长轴顶弯外，还能阻碍车削时细长轴的受热伸长，导致细长轴受到轴向挤压而产生弯曲变形，因此在采用此装夹方式时，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。
2.2直接减少细长轴受力变形
2.2.1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。
2.2.2采用轴向拉夹法车削细长轴
轴向夹拉车削是指在车削细长轴过程中，细长轴的一端由卡盘夹紧，另一端由专门设计的夹拉头夹紧，夹拉头给细长轴施加轴向拉力。
在车削过程中，细长轴始终受到轴向拉力，解决了轴向切削力把细长轴压弯的问题。同时在轴向拉力的作用下，会使细长轴由于径向切削力引起的弯曲变形程度减小；补偿了因切削热而产生的轴向伸长量，提高了细长轴的刚性和加工精度。
2.2.3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。
2.3合理地控制切削用量
2.3.1切削深度（t）
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。
2.3.2进给量（f）
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。
2.3.3切削速度（v）
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。
2.4选择合理的刀具角度
2.4.1前角（γ）
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。
增大前角可以降低切削力，所以在细长轴车削中，在保证车刀有足够强度前提下，尽量使刀具的前角增大，前角一般取γ=15°。
2.4.2主偏角（kr）
其大小影响着3个切削分力的大小和比例关系。随着主偏角的增大，径向切削力明顯减小，切向切削力在60°～90°时却有所增大。在60°～75°范围内，3个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时，一般采用大于60°的主偏角。
2.4.3刃倾角（λs）
刃倾角影响着车削过程中切屑的流向、刀尖的强度及3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。刃倾角在-10°～+10°范围内，3个切削分力的比例关系比较合理。在车削细长轴时，常采用正刃倾角+3°～+10°，使切屑流向待加工表面。
参考文献
[1]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.
[2]王先逵.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2006.
[3]余新旸.机械制造基础.北京：北京大学出版社，2008.
[4]邹积德.机械制造工艺与夹具应用.北京：化学工业出版社，2010.
[5]恽达明.金属切削机床.北京：机械工业出版社，2005.
[6]郁鼎文.现代制造技术[M].北京：清华大学出版社，2006.
[7]余新旸.机械制造基础[M].北京：北京大学出版社，2008.