在车削加工中，一般将工件长径比高于12的轴称作细长轴。由于细长轴具有刚性性能和热扩散性能差、自身细长等特性，在车削过程中存在刀具磨损过快、走刀时间过长等问题，进而对细长轴工件的位置、形状、尺寸精度和表面品质等产生影响。而采煤机作为重要的细长轴加工工件，如何改善其加工工艺已经成为了加工企业面临的重要问题。因此，加大对有关采煤机细长轴加工工艺的研究，对于提升采煤机工件质量有重要的现实意义。
1细长轴加工技术的特点
1.1高废品率
在使用中心架、跟刀架等辅助工夹具时，有较为精确的操作技能标准。在加工过程中，很容易增加工夹刀具、机床等部分之间的协调困难，产生多种振动因素，进而影响加工精度。另外，由于刀具连续切削周期过长、磨损程度较高，所以，可能会使工件表面粗糙度和形位精度较差，工件容易出现竹节、振纹、翘曲和锥度大等瑕疵而报废。由此可知，细长轴加工难度比较大，应重点做好加工前的准备工作，妥善完成加工过程中的各个步骤。
1.2热变形比较大
在细长轴工件车削的过程中，热扩散性能比较低，会增大线膨胀。在车削时，会因为出现切削热而拉伸，同时，还会降低刚度，增大工件的变形度。严重时，还会使工件在顶尖处卡位，终止加工。工件长度热伸长量公式为：ΔL＝α×Δt×L.（1）式（1）中：ΔL为工件长度热伸长量，mm；α为材料线性膨胀系数；Δt为工件升高温度，℃；L为工件总长度，mm。在计算时，需用工件温度减去室温。例如，车削直径为36mm，长度为1000mm的细长轴，其材料为45#钢，在车削过程中，切削热使得工件温度增大30℃，由式（1）计算出细长轴热变形量为0.351mm。如果将轴两侧固定，则此热变形伸长量可能会使工件径向弯曲变形。
1.3刚性差
因为细长轴工件长径比较大，所以，工件自重会对其造成影响，使其下垂。在高速旋转的过程中，工件会受离心力的影响；在车削过程中，受切削力的影响，会使工件发生振动或弯曲变形。1.3.1切削热在车削细长轴的过程中，因为刀具与工件间的摩擦会形成过大的切削热，使细长轴温度不断增加，造成细长轴过长。当其伸长量超过一定限度时，会使细长轴因轴向挤压而发生弯曲。1.3.2切削力在车削加工中，切削力可分为轴向切削力、径向切削力和切向力。其中，径向力对工件变形的影响比较大，它会导致细长轴顺径向方向被顶弯。另外，当轴向力过大时，会使得细长轴出现轴向弯曲。
2采煤机细长轴加工工艺
2.1加工前的准备
2.1.1调整跟刀架跟刀架是细长轴加工中的关键附件。跟刀架有很多种，无论选用哪种，其中心都应与尾座顶尖和卡盘处于同一中心上。在某些情况下，可将圆柱铰刀或圆柱铣刀安置在三爪卡盘上，夹持好后修正跟刀架支承头。在加工细长轴时，应尽量选用三爪跟刀架，其原料为普通灰铸铁的支柱。这种材料刚性较好，能保证加工精度，改善工件表面的光洁度，还不会对工件表面造成损伤。跟刀架爪应保证与工件表面良好接触，由技术人员操作，根据手感调整其压力值，禁止过松或过紧——如果过松，工件会发生跳动，出现竹节、三棱形或椭圆形瑕疵，增大表面粗糙度；如果过紧，工件会随着走刀形成竹节形瑕疵，影响表面光洁度。2.1.2调整机床在加工细长轴时，需要占用床身导轨的大部分或整体，而机床自身的精度也会影响加工精度。因为机床导轨面有不同程度的磨损，所以，应先调整机床，保证尾座顶尖中心和主轴中心的连线与导轨全长平行。2.1.3校正棒料对于采煤机细长轴零件，应使用热校直法校正棒料，不应选用冷校直，而且还应避免锤击。
2.2选用恰当的夹紧方式
一般情况下，原有的轴类夹紧一端选用顶尖夹紧、一端选用三爪夹紧或两端均采用悬臂夹紧和顶尖夹紧的方法。因为采煤机细长轴刚性比较差，采用上述夹紧方法很难保证加工精度。在加工过程中，应选用一夹一拉、将工件两侧向外拉伸的方法。这种方法不仅会提高工件的刚度，还能改善工作效率。具体的夹紧方式是，使用车床三爪卡盘夹紧工件左侧坯料，在尾端使用一个用于车床尾架顶尖固定的夹持器夹紧工件，形成适宜的拉紧力。但是，在此过程中，应避免尾座套筒后退形成的拉紧力过大或过小——过大，则会导致工件拉长过差；过小，会引发严重的变形。为了改善尾部定位精度，夹持器与工件及其顶尖相结合的孔应进行过渡配合。
3加工方式与车刀刃磨
3.1车削
因为选用了上述拉紧夹持方式，所以，在车削时，应选用正、反向进给高速车削，以避免形成过大的切削变形。对于两端顶紧的定位方式，在切削细长轴时，应选用反向进给，防止形成较大的切削变形。
3.2车刀选用与刃磨
由于工件刚性性能比较低，刀具几何参数很容易影响工件的振动过程，所以，在选取车刀几何参数时，半精车主应注意以下内容：应选用较大的前角，将其控制在16°～30°之间，避免切削力过大；负刃倾角应控制在1°～3°之间，确保切屑向待加工表面流动；前刃面应磨出1.5～3mm的断屑槽，因为切屑是很容易弯曲折断的；车刀主偏角应控制在76°～93°之间，以降低切削振动机弯曲变形，进而控制径向分力；刀尖圆弧半径应控制在0.3mm以内，从而减小径向切削力。
3.3精车
在精车时，应注意以下2点：①负刃倾角应在－1°～10°之间，以确保切屑能够完全流向待加工表面；②应研磨处理切削刃，保证其顺直，粗糙度应控制在Ra0.08mm，主刀刃应确保锋利。
4结束语
细长轴加工工艺的质量会直接影响采煤机的整体工作效率和质量，因此，相关技术与研究人员应加强对有关采煤机细长轴加工工艺的研究，总结采煤机细长轴加工工艺技术控制措施和关键环节的处理方法，逐步改善采煤机细长轴的加工工艺。
作者：孙天明 单位：辽源煤矿机械制造有限责任公司
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