针对采煤机细长轴加工工艺的浅析

孙天明

摘 要：作为车削加工中的关键工艺技术，应用细长轴加工工艺对保证车间生产效率有非常重要的作用。通过介绍细长轴加工技术的特点，具体探讨了采煤机细长轴加工工艺措施，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：采煤机；细长轴；加工工艺；车削加工

中图分类号：TH133.2；TG51 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.077

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36 mm，长度为1 000 mm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0.351 mm。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1.5～3 mm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0.3 mm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Ra0.08 mm，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。

参考文献

[1]申东东.车削加工细长轴的工艺改进研究[J].机械工程与自动化，2010（03）：74-75.

[2]殷红.保证细长轴加工质量的方法与措施浅析[J].科技信息，2010（10）：57-58.

〔编辑：白洁〕

Shallow Analysis of the Processing Technology of the Slender Shaft of Coal Mining Machine

Sun Tianming

Abstract： As the key technology in the turning process， the application of slender shaft processing technology is very important to guarantee the production efficiency of the workshop. Through the introduction of the characteristics of the slender shaft machining technology， the paper discusses the process of the slender shaft processing technology of the coal mining machine， in order to provide reference for the related work in the future.

Key words： coal mining machine； slender shaft； processing technology； turning process

文章编号：2095-6835（2015）19-0078-02