摘要：机械加工是工业发展的重要基础，在机械加工中，车削加工占据整个加工中的40%左右，做好车削加工的加工质量与加工效率的提升对于提高机械加工的加工质量有着极为重要的意义。细长轴是轴类零件车削加工中的重点也是难点，随着经济的快速发展，细长轴在车削加工中的应用越来越多也越来越广泛，做好细长轴的精细加工有着重要的现实意义。
关键词 加工细长轴零件
普通车床是用于加工轴形、盘形以及环形等各种类型零件的卧式车床，可以进行零件端面、零件内外回转面、零件内外部螺纹等多个工序，并且利用相关附件还可以对零件进行钻孔、扩孔操作以及攻丝、滚花等处理。普通车床约占车床类总数的一半以上，是各种类型车床中应用最广泛的一种。在现代工件加工中，普通车床是不可缺少的加工机器。轴类零件是普通车床加工的一种重要零件，主要包括对轴类零件外圆面的加工、内圆面的加工、圆弧面的加工以及螺纹的加工等。该文主要对普通车床加工细长轴零件的工艺和步骤进行简单探讨。
细长轴的机械加工是车削加工中的重点也是难点，细长轴由于刚性较差，在车削加工的过程中由于刀具、热变形等所带来影响会对细长轴加工的表面质量和加工后的形位误差等造成严重的影响，文章在分析细长轴加工时容易造成的变形影响的基础上对如何做好细长轴的加工进行分析阐述。
一细长轴加工时所面临的困难
细长轴是车削加工时的难点，其加工的过程中会面临着以下的难点：
1 热变形量较大，在细长轴车削加工的过程中，刀具与细长轴的切削表面将带来较大的切削力，同时由于细长轴表面的热扩散性能较差，从而使得大量的热量都堆积在细长轴中，而细长轴加工过程中采用的装夹定位将使得细长轴两端的承受较大的夹紧力，使得细长轴在两端的热膨胀受阻，从而造成细长轴产生一定的弯曲形变。
2 细长轴由于工件长径比较长，从而导致工件的刚性较差，在细长轴的加工过程中受到的外力较大将会导致其产生一定的形变。细长轴通常指的是长径比高于25的轴类零件，在细长轴的加工过程中，由于刚性不足而导致的形变可能在0.2-1mm之间，变形量较大且不易消除，会对细长轴加工后的表面误差或是形位误差都造成严重的影响。
3 在细长轴的加工过程中，由于细长轴的长径比较高，使得细长轴的刚性较差，在加工时细长轴的两端由于受到卡盘和顶尖的作用使得其两端的刚性较强，而细长轴的中段的刚性较差在受到夹紧力和切削热的影响会使得细长轴被顶弯，从而使得细长轴在加工时容易产生较为严重的让刀问题，容易在细长轴的车削加工后产生中间粗、两头细的鼓型误差，严重影响细长轴的加工质量。
二 提高细长轴加工质量的方法与措施
细长轴的加工是一个系统性的工程，为提高细长轴的加工质量需要从细长轴加工时的夹具、机床辅具、加工工艺等多个环节入手，避免在细长轴加工的过程中产生弯曲变形，从而对细长轴的加工质量造成严重的影响。
1 选择合理的细长轴加工时的装夹方法
细长轴加工时的装夹方法对于细长轴的加工质量有着严重的影响，在以往的细长轴的加工过程中多采用的是双顶尖的装夹方法，采用此种装夹方法能够最大限度地确保细长轴加工后的两端的同心度，同时采用双顶尖的加工方法在细长轴的装夹上较为方便，装夹后无需再重新进行找正，能够较高的对细长轴的定位精度进行保证，采用双顶尖的装夹方法相较于一顶一夹的装夹方法在刚度方法有所不足，从而影响了切削用量的提高。在细长轴采用双顶尖装夹的过程中需要注意顶尖与锥孔之间的配合，避免锥孔中的异物影响装夹的效果，同时要注意检查装夹顶尖的的精度，对于磨损的顶尖要及时更换。除了双顶尖装夹法外，在细长轴的加工过程中还可以采用一顶一夹的装夹方法，采用此种方法相较于其他方法在细长轴的刚性方面承受力较强，因此得到了较为广泛的应用，在细长轴的加工过程中需要注意的是：
在顶尖端要控制其顶紧力，避免顶紧力过大使得细长轴产生完全变形，同时还需要避免细长轴加过程中所产生的加工热所导致的轴向延伸造成细长轴弯曲变形。在细长轴的一装一夹的装夹方法中还应该注意两端的同轴度问题，在细长轴装夹完成后需要进行重新找正，避免因卡盘卡爪夹紧面与顶尖产生轴向错位，从而造成细长轴在加工的过程中产完全变形。为解决细长轴在一顶一夹的装夹方法所带来的问题，在使用一顶一夹的装夹方法中，需要在顶尖处采用弹性活动顶尖，从而在细长轴加工时因加工热而产生的轴向热膨胀伸缩时活顶尖能够伸缩，从而避免产生完全变形，同时为了避免细长轴加工时所产生的不同轴问题可以在卡爪与细长轴之间垫入一个开口的钢丝圈，用以减少卡爪与细长轴的轴向触长度，减小或是消除细长轴装夹时所带来的过定位，减少细长轴加工时的弯曲变形。在细长轴的加工过程中还可以采用该双刀切削法，采用双刀切削最主要的就是依靠刀具的相互抵消的作用使得细长轴横向受力降低，从而提高细长轴在加工时的弯曲变形的量，提高细长轴的加工精度，此种方法多应用于细长轴的批量加工过程中，其具体的加工方法是在细长轴加工时采用前后两把车刀，即在细长轴加工时增加后刀架，将两把车刀径向相向而装，通过两刀同时动作所产生的力相互抵消来降低细长轴时所产生的影响。在加工的过程中除了以上的加工方式外还有跟刀架和中心架法和反向切削法，在采用跟刀架和中心架的细长轴加工方法时，可以有效地降低细长轴刚性差对车削加工所带来的影响，此方法最主要的就是通过在细长轴上施加一个力量支点，用以缩短细长轴车削过程中刀具的力的作用点和支承点之间的距离，从而有效地增加细长轴的刚性，提高细长轴的加工质量。采用反向切削法主要是在切削的过程中车刀从卡盘方向向尾座方向切削，从而消除切削时所产生的轴向力减少其对细长轴所造成的弯曲变形，提高细长轴的形位加工质量。
2 选择合理的车刀角度
在细长轴车削的过程中，如果工艺系统刚性较差时，在车削时对于车刀角度的选择上需要选择较大的主偏角，用以减少细长轴车削时所产生的车削力，同时选用大前角或负刃倾角的刀具时可以有效地降低细长轴车削时所产生的切削热。
3 控制细长轴车削时的进刀量
在细长轴车削时，由于细长轴的刚性较差，其车削量的多少对于细长轴的加工会产生十分重要的影响，在细长轴车削时，不同的车削量会对细长轴车削加工产生不同的影响。在对细长轴进行车削加工时，应当根据工艺系统所确定的切削进给量来对细长轴进行加工，一般来说，相对于普通的轴类零件，在加工细长轴类零件时，需要选用较低的车削进给量。
三细长轴加工工艺
1 零件毛坯料的校直
对零件毛坯料进行校直可以让车削用量分布均匀，使车削时间缩短，避免振动。而且经过校直的零件毛坯料，其表面残余应力可以均匀分布，可以极大地减小零件使用过程中发生变形的可能性。细长轴零件的加工过程中，可采用锤敲打的方法对零件毛坯料进行校直，一般情况下尽量不采用压弯法。压弯法虽然可以让毛坯料瞬间变直，但这种状态只是暂时的，待毛坯料内部应力完全消失后回再次弯曲，不能达到校直目的，所以尽可能采用锤敲打法，将毛坯料垫凹面朝上在平板上，并用锤敲打毛坯料的凹面，使毛坯伸直。为了保证毛坯面与锤面的吻合程度，增大接触面积，可采用圆弧锤头，以免损伤毛坯表面。
2 零件平端面打孔加工
将零件毛坯料穿入机床主轴孔，并将平端面卡紧，对平端面打中心孔。平端面打中心孔的过程中要保证中心孔位置要正、形状要圆、表面要光滑，尺寸要符合标准要求。另外，平端面一定要放好，并卡紧，以免加工过程中零件发生变形。
3 研磨与刀架的支撑块面
该加工工序要求零件与支撑块有良好的接触，所以为了保证零件表面与支撑块面的吻合程度，细长轴零件的加工多采用两抓刀架，并以耐磨性较好的铸铁，要求在每次车一刀之前对支撑块进行异常研磨。具体操作为：将零件毛坯装卡于机床上，零件一端顶尖顶紧；另一端采用卡盘夹固定，零件在机床上的卡紧长度为15～20 mm左右，不宜过长，也不宜过短。零件车一小段后进行研磨，研磨过程中不需要使用冷却液，零件弧面采用车过的刀花来研磨，待完成整个支撑块表面的研磨后再使用冷却液进行润滑，为了保证支撑面的光滑度，可在进行异常精细研磨。在零件研磨的工序中，零件与支撑块是否接触良好对车削细长轴类零件有着重要影响，如果两者之间接触良好，则支撑块表面就可以像轴瓦一样，有较强的切削承受力，零件切削稳定；如果支撑面圆弧半径过大或者过小都会影响两者之间的吻合度，影响零件的加工效果。
4 设置活动中心架
如果所加工的零件直径和长度的比值超过100时，就需要在使用跟刀架的同时增设活动中心架，这样就能有效避免由于零件自重而导致的下垂问题，零件在切削过程中也不会出现振动以及变形的情况。活动中心架的支撑应该设置在零件的中间部位，并按照机床工件轴向对好，此时中心架的支撑可以自由移动到任一个下垂点，并在走刀的带动作用下随时移动位置。零件加工过程中跟刀架支承爪与车刀自己的距离不能太远，可位于车刀后面3毫米处，以免对零件产生作用力引起振动。
5 粗车走刀方向
利用普通机床加工细长轴零件的过程中，车削细长轴的走刀方向应该是从机床头到机床尾座，也就是采用反走刀方式。采用反走刀可以有效避免加工过程中细长轴零件发生变形，有利于提高零件加工效率。这是因为在采用顶尖以及卡盘对零件进行固定时，对顶尖的应用可以控制零件不下垂，同时也可以承受零件转动时的离心力，以及一部分机床对零件的切削力。机床切削力包括主切削力和径向切削力，因为零件车削时要使用跟刀架或者增加活动中心架支撑，所以两个方向的切削力主要由跟刀架承受。此时如果采用反向走刀就可以通过轴向切削将零件拉直，避免零件发生变形。采用正走刀与反走刀的效果是刚好相反的，车削时的轴向走刀并不是作用于零件的轴心位置，而是作用在零件的外圆处附近，由此而形成偏心压缩，如果采用正走刀就可能让零件受到偏心压缩，细长轴零件受到离心压缩后很容易发生变形。
6 活顶尖的应用
细长轴零件的加工过程中，进行车削时的顶尖主要作用是增加刚性，避免振动的发生，而对切削力没有明显的承受作用。零件毛坯料经过校直后可以极大地减小离心力，所以此时需要让顶尖轻轻顶住零件就可以了，不需要太用力，不然会很容易让零件在较大的顶力作用下发生弯曲，所以一般情况下采用普通的活顶尖就可以了，零件固定的松紧程度可以采用手指检查，用手指夹住活动顶尖，如果零件在旋转时可以带动活动顶尖一起旋转则表示零件固定松紧程度适中。活动顶尖的退出应采用逐步后退的方式，待车刀接近尾座时可将活动顶尖完全退出。采用顶尖逐步退出可以在主轴线与尾座不一致的情况下消除锥度，完全由跟刀架以及导轨精度来保证零件锥度。但如果顶尖固定太紧时，尾座尾座就对对零件锥度的加工造成一定影响。
7 精车加工工艺
细长轴零件精车应采用低速，弹簧光刀采用宽刃的硬质合金，并保证零件不发生振动、变形。细长轴零件的精加工过程中可结合零件和各种器具的受力情况来控制切削方式，以保证零件的加工精度。细长轴零件精车加工要求刀具刃磨要好，车刀刀刃要绝对平行与零件轴线，零件表面与精车刀完全接触，并且采用从床头到尾座的反向走刀方式；顶尖对零件的固定要比粗车工艺时候更松一些；细长轴零件的粗车以及精车工艺中应使用充足的冷却润滑剂，使用冷却润滑剂一方面是为了冷却跟刀架承爪和零件；另一方面还可以起到润滑作用，减少零件与支承面的摩擦，提高零件加工精度，而且零件加工过程中如果温度较高也会影响加工精度，所以有冷却作用的润滑油在零件粗车以及精车工艺中的应用是必不可少的。
8 精加工与粗加工的区别
粗车是指表面的粗度加工，主要是将工件表面的剩余材料切削掉，对表面要求不高，以及几何尺寸也要求不高。而精车就不一样了，切削深度要小，走刀量也要小。精车完毕后，不但工件的直径几何尺寸要合格，而且对表面的粗糙度要求也较高，而且也要合格.例：表面粗糙度达Ra3.2。
以上是对普通机床加工细长轴零件的主要步骤以及相关工艺技术的简单介绍。另外，刀具是普通机床加工各种零件的重要工具，合理选择刀具对零件加工效果有着重要影响，一般情况下，粗车刀具采用硬质合金左偏刀，精车刀具采用宽刃硬质合金弹簧车刀，每种刀具都有各种的特点和性能，在零件的加工过程中发挥着重要作用，直接影响着零件的加工精度和加工效率。
参考文献
1《车工工艺学》，中国社会劳动保障出版社，2005年
2《车工》，中国劳动出版社，2001年
3《车工技师培训教材》，北京机械工业出版社2001年