深孔机械加工论文

深孔机械加工论文（精选9篇）

深孔机械加工论文 篇1

某发动机是水平对置活塞式发动机, 采用曲柄连杆机构。其主要结构由机匣、气缸和零部件组成。机匣分左右两半部, 由ZL105铸造后经机械加工而成。机匣结构复杂, 其上安装接口多, 布有气缸、曲轴、滑油池、后盖、调速器、启动电机、发电机等安装接口。

一、工艺难点分析

左、右两半机匣的组合加工通过两个定位销实现。机匣组合后, 定位销无法作为加工基准, 必须进行工艺基准转换。精密螺栓安装孔与气缸的精确定位密切相关, 也与曲轴支靠面 (即曲轴轴向定位面) 密切相关。难点主要集中在机匣高精度尺寸的控制及深孔的加工上。曲轴孔和凸轮轴孔的精度及油孔尺寸如图1和表1所示。

从以上数据不难发现, 曲轴孔与凸轮轴孔的加工, 以传统的镗工去加工很难达到要求。通过对各汽车发动机厂家调研得知, 通常采用的加工工艺为粗镗—半精镗—精镗, 而对于曲轴孔的加工, 通常均为精镗后珩磨作为曲轴孔的最终工序 (曲轴孔在缸体上, 基体为铸铁材料) 。为保证各镗孔的同轴度要求, 多家公司都采用粗镗为双面镗削加工, 精镗选用单面镗床。为克服镗杆过长、刚性差的缺点, 通常在夹具上设相应的滚动导套来提高工艺系统的刚性。为了改变镗杆的受力状况, 减少镗杆的振动, 提高直线镗孔的质量, 多家公司都采用多刀头、拉镗和错开镗孔的加工方法, 主动测量、刀具磨损自动补偿装置也在镗孔中普遍应用。同时, 少部分厂家采用组合导向, 即镗杆在零件加工过程中, 有前导向、后导向及中间导向作导向支承。更多的厂家则无组合导向, 精镗为一刀直接镗到位, 采用具有静压导向的专用镗刀杆。

该发动机的左、右机匣材料为铸铝ZL105, 无法镗削后进行珩磨, 而直接进行镗削到位无法保证精度要求。

二、问题的解决

通过认真考证, 笔者认为, 可以采用将两半机匣分开用球头铣刀对凸轮轴孔进行最大的去除余量粗加工。然后将左右两半机匣组合在一起进行镗铰, 先用Φ26的镗刀进行半精加工, 然后用Φ26.2镗刀加工第一节孔 (共4节孔) , 保证位置度合格;最后用第一节孔作为引导, 利用Φ26.2专用整体刀柄铰镗刀上的导条进行定位加工到最终尺寸。

1. 选用合适的刀具。

进行镗铰加工, 设计、制造刀具是关键的第一步。由于镗刀太长 (全长750mm) , 整体用硬质合金不经济, 为减少镗刀杆自重的影响, 可以将刀杆做成空心的。为了使冷却液能喷到零件里, 真正起到冷却的效果, 可以将镗刀做成带内冷装置的。刀杆全长上4个方向都有导条, 与刀刃及刀柄的跳动在全长上保证跳动不大于0.005。

2. 选择合理的参数。

刀具设计后, 选择合理的切削参数也至关重要。零件材料为:铸铝ZL105, Al-Si系合金, 淬火用水冷却, 人工时效, 硬度HBS70。切削参数选用过低, 加工效率低, 表面光洁度不好;切削参数选用过高, 刀具寿命低, 容易打刀。通过不断摸索, 建议选用如下切削参数 (表2) 。

3. 将精、粗膛分开切削。

除选用合适的刀具及合理的切削参数外, 为防止工作切削引起的变形, 我们将粗、精镗分开进行。提高粗加工孔的质量, 尽可能使各孔的余量均匀, 切削用量基本一致;精加工时, 为提高刀具安装的准确性, 我们要求刀具每次加工前进行跳动检查;为消除切削过程中的振动, 我们将孔壁有缺口或交叉的补齐, 使镗开孔时受力平衡。

综上, 实践证明, 本次所设计的刀具和选择的切削参数合理, 能满足长孔的最终精度要求。

深孔机械加工论文 篇2

深孔加工关键技术及发展

深孔加工技术是一项仍在发展的综合技术.综述了深孔加工的难点及发展概况,分析了其关键技术.着重分析热量散放、排屑处理、工具导向、加工系统与加工工艺.探讨了该领域的研究动态.

作 者：何定健 李建勋 王勇 He Dingjian Li Jianxun Wang Yong 作者单位：四川大学制造科学与工程学院刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(21)分类号：V2关键词：深孔加工 加工系统 加工工艺 传统加工

深孔机械加工论文 篇3

关键词：数控加工中心；深孔加工；枪钻；排屑

引言

深度与直径的比值超过10，即属于深孔加工范围。在制造行业或生产中，常会遇到细长孔的加工，如结晶器铜板加工中，孔深约1100mm，而直径为10mm—11mm。若采用传统接长麻花钻的加工方法，在钻进一定深度后就需要排屑，易影响效率和精度，且可能出现钻头折断的现象。深孔加工技术在航天、核能等诸多领域都有应用，但对形位公差等要求较为严格，操作难度也大。为提高深孔加工水平，首先应选择合适的钻孔设备。

1.枪钻及其工作原理

1.1 介绍

枪钻早期用于枪管加工，并因此而得名，在小径深孔加工中十分适用。随着深孔加工研究力度的加大，枪钻的作用也更为突显。其一次钻削成功率较高，且质量和精度均有所保障，钻孔的深径比可达100—250，在当前深孔加工中倍受青睐。

枪钻的组成部分如下：

①钻尖

与钻杆部分焊接在一起，特殊情况下也采用其他连接方式。主要负责钻削工作，是枪钻的核心部件，所以对其强度、耐磨性等要求很高。硬质合金和高速钢是较为常用的两种钻尖材料，但前者的综合性能较好，使用也最广泛。深孔加工需保持孔的高精确度，为此常在其周围设置导向块。影响钻削水平的因素有很多，如内外刃角、倒锥度、钻尖偏心距等，在实际应用中应根据具体状况进行合理设置。

②钻杆

多采用“V”型结构，角度通常设计为120°，高者可达160°。为提供足够的扭矩，对其强度和刚度有严格限制，所以钻杆经常使用合金钢管材质。在旋转钻进时，会产生较大的震动，这就要求钻杆还需有足够的韧性。钻尖部分的排屑和润滑极为重要，因此，尽量保持钻杆中空，并将排屑空间及冷却液孔按最大值设计。

③钻柄

即钻杆尾端的部分，钻孔时的传递力较大，钻柄必须有足够的承载力，其稳定性尤为重要，需确保其安装的牢固性。钻柄是连接钻杆和机床的中间物，其直径设计时应尽量大于钻杆的直径，以便钻杆能够顺利镶嵌其中。

1.2 工作原理

枪钻采用的是内切削外排屑的结构，钻尖负责钻削，对准加工对象后，内刃、外刃同时旋转钻进，尽量带有枪钻导套，与钻尖保持约0.01mm的距离。因安装有导向块，可保持其钻削时的精准度。钻柄部分则应与机床主轴紧紧相连。冷却液流经钻头中间的通道到达切削部位，起到冷却、润滑钻刃的作用，同时将切屑带出，完成高质量的切削加工。

2.枪钻在深孔加工中的实际应用

2.1 应用条件

枪钻的使用有一定的条件限制，影响最大的两个因素便是机床和切削液。在机床方面有苛刻的要求，考虑到钻进时的排屑、冷却等工作，机床必须配置有高压冷却系统。这样才能吸收因高速钻进产生的热量，以保证切屑能够顺利排出。在购置时，若发现数控机床配置的是低压冷却系统，则不宜使用枪钻。另外，机床行程也极为关键，行程必须足够大，才能满足钻削时的需要。

除了机床，在切削液方面也有着严格要求。钻孔的精确度与切削液质量密切相关，为实现高精度钻孔，尽量选择掺入了极压添加剂的优质切削液。如此可在操作中生成一层油膜，否则钻进时极易出现干磨现象，影响到钻削效果。小孔径的粘度较低，对其粘度也应加强重视。另外，枪钻加工过程中产生的压力较大，流量也大，而且过滤精确度较高。为顺利将切屑排出，随着钻进深度的加大，切削液的流量也应随之增大。最后，为防止出现切屑堆积、枪钻折断等情况，必须保证冷却液的充足。

2.2 实际应用

某汽车零件制造加工公司在制造一款新车的部件，该零件选用440C材料，孔径为Φ7.2 ，孔深85，内控对外圆的同轴度要求为Φ0.02

若按照以往的钻镗加工方法，为保证整个过程的质量，应先进行钻孔，在安排研磨工序补充加工内孔，然后以内孔定位磨削加工外圆。在钻孔过程中，需要多次将钻刀退出，才能排出切屑，且孔质难以保证；若钻头折断，很难取出。最终加工的表面粗糙度为Ra1.4，直线度为0.08% ，且加工效率较低。

若采用枪钻钻孔，施工程序较为简便，可一次完成所有工作。钻削过程中，切屑便可将切屑排出，孔径尺寸、形式都比较稳定；当钻头折断时，也极易取出。最终加工的零件精度高，表面粗糙度仅为o.3 ，直线度为0.039%，加工效率也大幅提升。

3.钻削中的排屑

钻削时必然会产生大量排屑，若不及时处理，会阻碍钻削工作的进行。一般出现排屑故障，会有以下几种原因：

①切屑呈螺旋状，且难以断裂，或多股切屑宽窄不同互相夹杂，形成缠绕性切屑。另外。棒形切屑、刚性螺卷切屑等都不易排出。这些故障多与钻头参数、进给量、刀具材质等因素有关，所以要做出相应的调整。

②钻头、钻杆震动时，切屑形态会变得不正常，应检查钻头是否受力损伤，或调整切削用量，针对性地加以排除。

4.结束语

深孔加工在当前很多领域都有应用，但对其各方面的要求也很高，普通钻削技术不但效率低、精确度差，而且极易出现设备损坏的情况。为此，介绍了一种新技术，即枪钻。枪钻在提高精确度和效率方面有着很大优势，值得推广应用。在实际操作中，务必要合理应用，按照规定要求进行，否则会影响到钻孔效果。而且，在今后应用中，还应对该技术不断加以完善。

5.参考文献：

[1] 姚东成.枪钻在数控加工中心深孔加工中的应用技术分析[J].中国科技投资，2013，20（3）：140-141

[2] 何铮，胡凤兰.枪钻加工的排屑故障及处理对策[J].湖南工程学院学报，2012，24（2）：183-184

[3] 梁瑞敏，叶文华.枪钻在数控车床上的深孔加工应用[J].机械与电子，2009，21（4）：144-145

6.作者简介：

周琪（1985-），女，湖南人，研究方向为机械制造与自动化、数控技术。

基于机械加工的深孔加工技术探析 篇4

关键词：机械加工,深孔加工,工艺路线,刀具

1 机械加工中深孔加工的特征分析

机械加工中的深孔加工是针对孔深与直径之比(L/d≥5)较大的孔进行钻孔加工,因为孔的深度大直径小,因此工艺特征也较其他普通孔有所差异,特征如下:

1.1 加工难度大:

深孔加工的过程多数都是在半封闭和全封闭的工况,不能直接观察刀具切削的过程和走刀的情况;深孔加工因为半径和孔深比例差异大,因此形成的金属屑不易排出,容易堵塞而影响加工;钻头长度大刚性也就低,容易出现抖动和偏孔的情况,且表面精度不易保证;散热也是影响加工的重要因素,相对封闭的孔内易导致温度升高而造成钻头磨损。

1.2 运动方式:

在加工中工件与刀具的运行与进给方式有多种选择,如工件转动而刀具进给;工件固定而刀具旋转进给;工件与刀具按照相反的方向进行旋转并进行进给;工件旋转并进给而刀具静止,此方式很少应用。

1.3 深孔加工的排屑:

在加工中应用的排屑方式有两种,一种是外排屑,冷却液进入空心钻杆从切削区域将切屑带出,从加工零件的孔和钻杆外壁排除;一种是内排屑:冷却液从零件的孔和钻杆外壁进入,经过切削区域带出切屑,从空心钻杆的孔中排除;两种方式中通常先考虑选择内排屑的方式,此类方式不会对孔壁形成二次摩擦,而影响加工表面质量,钻杆的刚性也高。

2 机械加工中深孔加工技术的分析

2.1 工艺路线的设计与选择

机械加工中工艺路线是必要的指导思路,深孔加工也不例外,首先应综合考虑深孔加工方法和刀具的适应性,针对加工零件的特征选择相关工艺方法,同时还应考虑零件的材料性质,针对其特征再精细设计工艺过程。其次,对加工过程进行段落划分,通常分为:粗加工、半精加工、精加工、光整加工,进行工艺设计,选择合适的技术措施,并以此提高加工效率和质量,如果质量要求和薄壁零件、工余量不大的则不需要分段。第三,工艺路线的设计,深孔加工的工艺路线应按照其结构特征和加工方法、设备因素等来设置,因为深孔刀具技术的发展,深孔加工已经进入了精密加工时代,集中安排工序可以优化加工的过程,从而避免多次装夹而出现误差。最后,合理控制加工余量,深孔零件的加工余量与其他孔不同,余量应增加,不同刀具和刀具角度余量也不同,如单刃铰刀比多刃铰刀余量大,偏角大的比偏角小的余量大等,所以在加工中必须按照相应的工艺和质量要求来设计余量。

2.2 深孔加工的刀具选择

按照不同的深孔表面要求,选择适应的刀具也十分重要。在加工中常见的刀具有:扁钻、麻花钻、外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻、枪钻、复合刀具等。具体应用情况如下:

(1)扁钻:从结构上分为整体扁钻和装配扁钻,整体扁钻结构相对简单,生产与加工容易,对硬度高的铸件和锻件适用。装配式扁钻刀杆的刚性大,刀片则是高速钢或者合金,可实现快速更换,且可以打磨成各种形状,切削液容易导入,加工范围广,适用于自动化加工。

(2)麻花钻:该刀具应用广泛,通常在粗加工阶段应用。

(3)外排屑深孔钻:通常是单双刃深孔钻,原理是高压油进入到钻杆孔,经过腰孔进入到切削区域,迫使碎屑随着切削液从V型的导槽和工件壁之间排出。这种深孔钻刀面为0°,方便加工。没有横刃,钻尖与轴线形成一个角度,钻孔中钻尖形成小圆锥,可以让切屑断裂,容易排出。切削部分形状对孔的公差、切屑成型、切削液压力、刀具寿命、偏离角度等都会对其成孔过程产生影响。

(4)内排屑钻头:钻头和钻杆之间有螺纹连接,工作时高压切削液从钻杆外圆和工件壁之间注入,切削同时产生的切屑从钻杆的中心排出。

(5)喷吸钻:主要是利用切削液产生的喷射效应来排出切屑,通常该钻有内外两根管,其中三分之二的切削液从内外管的空隙和钻头前部流入到切削区域,起到导向和冷却、润滑的效果,并可以将切屑从孔内排出,另外的三分之一,切削液从内管后部喷射,产生快速的喷射流,形成一个低压区域由此与前端配合形成压差,起到一个喷吸效果,提高了钻削的效率。

2.3 定位选择

深孔加工与其他成孔加工一样都需要保证定位基准,在实践中锥面定位是常见的方式,主要应用在回转体、中小直径孔、管坯镗孔等;也可采用内锥面定位,是应用在中等直径的内排切削加工方式;而小孔直径的外排切削加工或枪钻加工则可以利用外锥面定位。如果采用锥面定位必须注意对直线度和余量的保证,必须在钻孔、镗孔前的端面进行内外锥面的处理。对于大直径深孔则利用外圆进行定位。如果采用圆定位,应在外圆上加工安装面、定位面、找正面,并保证三者之间是同心圆,对于非回转体则应利用安装面作为定位基准。

2.4 冷却润滑的保证

深孔加工中因为孔内在加工中相对封闭,因此容易造成温度急剧升高,因此必须进行降温处理,同时还应保证切削过程中润滑效果。所以必须利用润滑液来起到冷却与润滑作用。冷却液、润滑液必须进行合理的配合,使得工件在加工中保证质量并保证刀具寿命延长。另外,冷却液和润滑液在深孔加工中还可以起到冲刷、减震、消音等作用。钻削中因为孔径小且深度大,就会在加工中产生较大的抗力和阻力,克服这些阻力而顺利完成加工则会消耗较多的能量,同时切向和径向的力同时作用在导向块上,此时孔壁和刀具就会产生摩擦,摩擦能量就会产生热量和温度升高。这些热量只能借助于冷却措施来降低。同时冷却液的存在可以让导向块和孔壁之间形成一种液压支撑系统,以此有效降低导向块摩擦,也可降低摩擦力对功率的消耗,在节能方面也可以起到一定的作用。再有,润滑液和冷却液可以通过压力和流量来帮助清理切屑。利用冷却液将工作区域的切屑冲刷到加工区以外,实现清理排屑的效果,保证成孔过程的顺利进行。因为在工作区域和钻杆内部、外部充满了油性的液体,从而减少了切削过程中的摩擦、震动等,降低了噪声。

2.5 排屑处理

深孔加工中因为成孔的空间相对封闭,因此形成的切屑很难排除,沉积切屑会影响加工的过程和质量。尤其是内排屑钻的过程中,排屑受到空间和环境的影响,只有有限的空间可以利用进行排屑,所以排屑工作难度大不易开展。从切削的角度看,深孔成孔排屑的问题集中在切屑的处理上,如分屑、断屑、排屑三个连续过程。针对不同的材料会形成不同特征的切屑,形状、宽窄、弯曲程度、尺寸等都会影响排屑的效果。所以在深孔加工中排屑问题是重要的工艺指标。然而深孔加工中排屑通道过长,工作中属于半封闭的状态,切削热量大散热难度也大。所以在深孔成孔工艺中必须考虑冷却与排屑两个系统,以内排屑深孔钻工艺为例,该工艺具备较为明显的优势,最主要的是具有外冷内排屑和自身导向,能够加工直径6-80mm深孔。在成孔过程中,工件首先进行旋转,钻头借助螺纹与钻杆进行连接,封油头在刀架的带动下开始成孔,使得导向装置进入到工件中。内排屑深孔钻进的过程中,切屑在钻杆内实现排屑,不会在孔壁和刀具之间发生摩擦,这样可以最大限度地保证加工表面的质量和精度。该技术采用的钻杆外径要大于外排屑装置,因此刚性得到了提高,且增加了供给量,成孔的效率也得到了大幅提高。内排的原理就是在切削液的压力作用下,从孔壁和钻杆外表面寻觅空隙,进入到切削区域的冷却和润滑部位,将前端的切屑冲入到钻杆内,然后从钻杆后部排除。此类排除切屑的方式容易实现,且兼具冷却和润滑的效果。同时也可保证钻杆的稳定,但是因为需要独立设置内排屑供液系统,加工造价稍高。

3 深孔加工中应用的设备

深孔加工中往往利用专业的设备来完成工件加工,主要按照运动模式进行选择,通常是工件旋转辅助刀具进行轴向进给,使得加工工艺可以顺利完成。其中最为重要的设备就是机床的选择。机床是整个加工工艺的基础,主要由主轴箱、进给箱、刀具夹装设备、机床主体、中心架、移动辅助装置共同构成。主轴箱是支撑主轴,控制旋转和移动不同级的转变,卡盘和拨盘等附属部件通常安装在主轴的右端,转轴多为空心,内部有锥孔,这样可以为夹装细长的刀具提供设置环境。进给箱是利用丝杆将电机产生的动能传递到刀具上,推动刀具完成直线运动。夹装装置主要夹装钻杆,利用螺母相互连接,在丝杠的带动下,钻杆可以沿着轴向完成加工进给。机床床身是基本结构,可以将多个部件组合起来,除了保证各个部件都处在正确的位置,还能协调各个部分的工作状况。床身上设置刀架和支架导轨等,床身下有支撑支架等,保证其固定在基础上,稳定整个加工系统。当然在深孔加工中,工件的情况不同也就不能一概而论,在设备选择上如果不能完全采用深孔加工设备,则可以采用卧式的车床来取代成孔设备。如以卧式机床加工油缸缸套深孔为例,通常采用的是一夹一支的装夹方式,一端则利用四爪单动或者其他类型的卡盘来进行夹紧,另一端则利用中心架完成对轴向的支撑。深孔刀具的夹装则需要配置专用的刀具架。专用的刀具架安装在滑板上保证进给。车削过程中,车床主轴带动刀具完成旋转,滑板则带动刀具完成加工的进给。

还有输油器,该设备也是深孔加工的重要辅助装置,主要的功能就是保证切削液进入到指定的区域,使得切屑能够在液压的推动下完成排屑的过程,主要设置在工件和钻头相互接触的位置上。同时内排屑的方法中,钻孔的冷却液容易出现渗漏的情况,应重视这个问题,这就要求输油器的密封达到一定的标准,加工中需要调整保证其状态。输油器和导向架之间应利用密封垫来完成连接,这样就是要控制漏油的问题。同时输油器和钻杆的接触面、支承架工件端面之间也应利用密封圈进行控制,由此提高防漏的效果。

4 结束语

综合来看,机械加工中深度和孔径之间的比例大于5的时候,就属于深孔加工工艺,这一类加工成孔困难且复杂,孔深大则会导致加工工艺特征的改变,如刀杆细长刚性低,钻削容易抖动且容易产生偏移等。因此在加工的过程中需要考虑工艺的特殊性来选择各种工艺措施,对于深孔工艺而言,技术水平和实施方法必须重视从工艺路线到排屑方式等细节,这样才能在加工中获得较好的工艺效果,保证深孔加工的质量。

参考文献

[1]贾玉菊,张真超.机械加工中深孔加工的方法探讨[J].煤矿机械,2012,(6):139-140.

深孔机械加工论文 篇5

一、深孔加工的工序特点

1. 要判断切削过程是否正常。

不能通过查看刀具的切削状况, 只能根据经验产看仪表、声音以及看切屑等外部的现象来进行判断。

2. 支撑和导向的重要性。

由于深孔自身长径较大, 要求使用的钻杆很细, 因而在加工过程中容易出现振动和走偏的情况, 需要使用支撑和导向, 以保证深孔加工的精准性。

3. 切削排屑较为困难。

在深孔加工过程中, 由于排屑空间有限, 可能造成刀具的损坏, 因此, 要强制排屑。如果切屑热太大, 会对刀具和零件造成影响, 要采取有效的冷却方式。

二、深孔加工的具体方法

1. 刀具的选择。

根据零件的自身的特性, 从各方面综合考虑选择合适的刀具。为了避免出现工件脱落情况的发生, 要选择与螺纹胎具螺纹反向的右手刀具;尽量选择刀具的形状及切削槽形中切削力最小的, 以减少对零件刚性的影响;刀尖的圆弧要适中, 因为圆弧过大会产生颤纹, 若圆弧过小, 则刀尖容易损坏, 影响了刀具的使用寿命;在刀杆的选择上, 要选择内冷却的形式, 以保证加工的过程中可以使零件得到充分的冷却。

2. 内孔的测量。

根据零件的各参数和精度, 在表面粗糙程度的计算公式Ra=50f²/r基础上, 结合刀具手册找到对应的切削参数, 就可以得到对应的数值。在对零件加工的过程中, 要时刻注意刀片的磨损程度, 及时更换磨损刀片, 减小对零件产生的不良影响, 避免出现螺纹胎具与工件的“研死”。若采用内径三爪千分尺对内孔进行测量, 会存在更大的误差, 而且在测量的过程中还可能会使内孔产生划痕。为解决这一问题, 可以使用气动测量仪进行测量, 其测量精度能够精准到0.001 mm, 而且以氮气为主要能源, 一般不会对内孔造成影响, 且精度很高。

3. 内排屑钻孔。

在进行内排屑深钻孔加工过程中, 要保证零件的表面质量, 就要提高刀具的进给量, 使用切削液的压力值要在2～6 MPa, 深孔加工的过程中一般采用了复合油或者矿物油作为冷却液, 冷却液用完之后还要经过磁性分离器净化。由于在深孔加工的过程中排除切屑的路程比较长, 所以就要利用冷却液的流速给切屑提供动能, 一般速度为8～10 m/s, 加工的孔越大, 冷却液的流速就越大。使用的深孔钻的切削量为v=60～120 m/min, f=0.03～0.25 mm/r, 切削的液压力为0.49～2.9 MPa, 流量大小为50～400 L/min。同时为了保证深孔加工的正常进行, 冷却液的温度要控制在45～50℃。利用输油器可以保证切削液进入到切削区, 能够在深孔加工的过程中使切削液发挥出相应的作用。所以采用了上述的排屑措施, 能够提高钻孔的准确度。

三、深孔加工中注意的问题

1. 冷却方式及排屑问题。

在切削方式上要选择刀杆内冷却与刀座外冷却相结合的方式, 使用的切削液要使用水溶剂极压切削液, 这样更能保证冷却的效果达到最佳效果。在进行外冷却的过程中要将切削液与刀尖的部位一致, 就能够将刀尖与零件接触的部位快速的冷却, 避免了在加工切削的过程中切削热对零件产生的不良影响。由于深孔的长径比较大, 所以在进行镗孔的过程中, 在半精车、精车的每个加工环节都要暂停检查, 将切屑及时的清理干净, 避免切屑缠绕在刀杆上对零件产生划痕, 严重的可能使刀尖断刃。

2. 深孔加工中的误差。

将螺纹车胎旋入到机床中, 然后利用扳手将其固定好, 通过在百分表的测量下, 使工件的径向圆跳动与端面圆跳动不能超过0.002 mm, 为了防止在加工的过程中刀具的切削力太大, 切削不稳定的状况, 就要在没加工十件就要用百分表测量一次, 这样就可以避免螺纹胎具产生位移, 对加工的零件精度产生影响。同时还要保证在加工的外圆、端面槽时, 要控制切削的速度、进给量不能太大, 避免对端面槽和外圆上产生振纹;在加工内孔时, 由于镗孔道与内孔直径距离很近, 所以就要用百分表测量出道具的垂直位置;在精加工的过程中要排屑干净, 避免切屑对零件盒刀杆产生的影响, 对深孔精加工的过程中要加工余量要控制在0.06～0.1 mm之间。在以上所有的加工环节中都要对切屑形状、内孔表面粗糙度以及刀尖的使用情况进行及时的检查, 保证机床的所有设备处于正常的运行状态, 还要及时的更换刀片, 确保零件加工的质量。

四、结论

深孔加工技术研究综述 篇6

机械加工中的深孔,一般指零件内孔的长度与直径之比大于5的孔,其几何特征决定了它是机械加工中难度最高的加工过程之一。深孔加工对刀具提出了很高的要求,一般刀具很难同时保证孔的长度和精度要求。另外,近年来难加工材料(例如高强度合金材料)的运用给深孔加工提出了更高的要求。20世纪60年代前,深孔加工主要用于枪炮的生产,但近年来逐步向能源、汽车、航空航天等领域扩展。我国深孔加工的基础比较薄弱,因此迫切需要对深孔加工技术进行深入的研究[1]。本文对深孔加工技术的特点、技术手段、关键技术及工艺方法和实际应用、现今发展的水平等进行分析,并预测其发展的趋势。

1深孔加工技术概述

1.1技术特点及难点

深孔加工属于机械加工的范畴,与普通孔的加工相比,有很多特点及难点。分析深孔加工的特点,才能更好地选择不同的深孔加工方法。首先是切削运动方式不同,普通孔加工通常是工件固定,刀具同时作进给运动与旋转运动。而深孔加工采用的切削运动有多种:工件旋转、刀具进给;工件不动、刀具旋转与进给;工件与刀具相对旋转、刀具进给;工件旋转与进给、刀具不动。其中以第一种方式居多[2]。

在加工过程中,深孔加工有很多难点。例如加工时孔轴线容易歪斜、细长刀杆刚度差、容易产生让刀误差等[3]。更严重的问题是,加工过程在深孔中进行,人难以观察到刀具切削过程,因此对于加工状态的判断只能通过听切削声音,观察切削状态和机床状态参数来间接得到[4]。加工孔排屑通道长而直径较小,排屑困难,极可能损坏刀具及工件[5],加上散热困难,刀具容易因为孔内温度过高而加剧磨损速度[6]。

1.2现有的加工方法

深孔加工方法按排屑方式可分为外排屑和内排屑两种。外排削指的是切削液由钻杆中间进入,经钻头头部小孔喷射到切削区,然后带着切屑从钻杆外部的V形槽中排出的方法,主要有枪钻、深孔偏钻和深孔麻花钻等;内排削指的是切削液从钻杆与孔壁的间隙处进入,靠切削液的压力将切屑从钻杆的内孔排出的方法,主要有BTA深孔钻、喷射钻和DF深孔钻三种。外排屑效率较低,加工精度难以保证,而且切屑会与已加工表面接触产生划痕而破坏表面质量,而内排屑深孔钻则可以克服这个缺点。另外,现有深孔加工系统更加重视排屑与冷却的平衡优化,近年来开发了一些新的特种加工手段,例如电火花加工、激光加工、电解加工、超声加工等[7]。对于精度要求比较高的孔,需要进行精加工,是在钻孔、扩孔之后进行的第二次加工,此时排屑问题已经不重要,重点是要提高加工精度[8]。

2深孔加工技术的现状

2.1关键技术

由深孔加工的加工方法可以看出,其关键技术有以下几点:

2.1.1设备选择

主要是机床的选择,为了保障深孔加工的精度,需要合理选择夹具、主轴等,在保证机床刀杆刚度等参数的要求的同时,机床有效加工行程也需要足够大。

2.1.2工艺路线选择

要充分考虑具体加工方法、工件特性等,合理安排粗加工、半精加工、精加工、光整加工等阶段[9]。

2.1.3刀具选择

选定工艺路线之后,要根据工艺特点合理选择刀具,例如枪管主要使用枪钻加工。枪钻分三部分:刀头用来钻削,通常在钻头圆周上设置导向块,钻头顶端一般设有油孔,通过焊接与钻杆相连;钻杆外径略小于钻头,必须具有高强度和韧性;钻柄位于钻杆底部,用于与机床相连[9]。文献[10]提出了一种三导向块的BTA刀具,并用概率方法研究了静态和动态情况下此刀具相对于两导向块刀具的优势。结果表明此刀具稳定性、加工效率和精度更高。

2.1.4定位

深孔加工的定位与普通孔加工一样,常采用锥面定位。另外,进行锥面定位时,要保证直线度,在钻孔及镗孔前需要对端面外锥面进行处理[11]。

2.1.5排屑

深孔加工时由于空间狭小,切屑较难排出,从而影响加工质量。另外,不同的材料也会形成不同的切屑。比较好的工艺是内排屑深孔工艺,可加工直径在6~80 mm的深孔[12]。

2.1.6冷却润滑

由于深孔加工的空间狭小,使热量难以扩散,工件温度急剧升高;况且切屑过程也需要保证润滑。所以,采用润滑液同时解决这两个问题。这种液体也能起到延长刀具寿命,降低噪音和振动等作用[12]。

2.2加工工艺

目前世界上有很多学者进行深孔加工的工艺研究,以下为几个实例。

文献[13]给出了一种套筒零件的加工工艺研究,材料为30Cr3Mo A,盲孔深度为200 mm±0.2 mm。若采用普通加长麻花钻加工,由于细长的钻头刚度差,散热困难等原因,钻头磨损很快,加工质量较低,因此需将冷却液送到工作面,例如可利用喷射钻的方法加工。

文献[14]对难加工材料的精密深孔加工方法进行了研究。主要研究刀具的几何形状和切削参数(主轴转速和进给速度)对加工表面质量的影响,最终通过改进BTA钻头使得最优切削参数下孔的加工偏差问题达到了最小化,并成功加工出了直径10~20mm,公差等级为IT 7~9,表面粗糙度Ra 0.2~1.6μm的深孔。实验结果表明,刀具几何形状对加工深孔的质量有显著的影响。进行难加工材料的深孔钻削时,可以通过提高钻头头部的稳定性和提高导向块抛光精度来获得良好的表面粗糙度、尺寸精度和圆跳动。主轴转速和进给速度对孔的尺寸精度和表面质量有很大的影响:主轴转速越大,表面光洁度越高,孔的尺寸波动越小;而对于进给速度,存在一个最佳值,使尺寸精度和表面质量最优。另外,沿孔深方向孔径逐渐减小,表面光洁度逐渐下降,这是由于刀具磨损所致。

文献[15]也对BTA深孔加工过程进行了研究,文中采用了基于计算机的方法研究BTA深孔加工过程的机理,研究重点是切屑变形、切削力和刀具磨损之间的关联,建立了深孔加工的加工模型,并用计算机采集系统采集的数据进行评估和验证。结果表明,中心切削刃切出的切屑变形最大,用三刃钻头得到的切削力和切屑变形的变化趋势是相同的;切屑变形随进给速率的增大而增大,随工件和刀具的转速增大而减小。该文还描述了BTA深孔加工中的对其他力(如轴向力)的测量和分析,并根据实验数据建立了轴向力的经验公式。该文的研究为BTA深孔钻工艺的在线检测和控制系统的进一步发展奠定了坚实的基础。

随着对环保的要求越来越高,需要减少切削液的使用,因此便产生了干式和亚干式深孔加工。即将部分切削液雾化并与气体混合制成冷却液,采用低温冷风法和油气喷射法进行冷却[16]。深孔干钻削是干加工工艺中最难的工艺。文献[17]描述了喷吸钻的工作原理,及利用压缩空气代替切削液的深孔加工方法,并对钻头的几何参数进行了优化。然而对于孔加工来说,切屑较多,热量较大,完全不采用切削液的加工难以实现,需要采用亚干式加工。采用亚干式切削经济实用,气体温度、流量均可调节,以应对不同加工环境,也在一定程度上减少了污染[18]。文献[19]中给出了干式、亚干式加工的关键技术研究,通过合理使用冷却和润滑雾化气体,采用负压排屑装置,合理设计刀具参数,以及合理选用切削液,可以使得加工效果精度达到IT 11~12级,表面粗糙度Ra达到6.3~3.2。

由于机械加工的研究不断深入,特种加工方法也越来越多地得到运用,例如电火花加工。文献[20]给出了一种内喷雾电介质烧蚀深孔加工方法,它采用了连续脉冲和间歇性供氧的方法。其中“雾”是氧和水的混合物,用混合物作为电介质,化学反应产生的能量用于提高蚀除过程的效率;无氧时修整蚀除表面。文中对采用内喷雾电介质烧蚀技术、内喷雾电火花加工技术和纯氧环境的间歇式电火花加工技术进行深孔加工作比较试验,重点研究了各种技术的加工机理、加工效率、电极相对磨损率、加工质量和精度。结果表明,间歇式电火花加工能量过大以至于难以控制,而且容易导致短路,影响系统稳定性;内喷雾电介质烧蚀技术的效率为内喷雾电火花加工技术的5.45倍,而且刀具相对磨损率下降了82%,可以达到很好的表面质量和很高的加工精度;高压气雾可以起到冷却和抑制电火花烧蚀的作用,可以提高烧蚀反应的可控性和稳定性,维持稳定的烧蚀过程;内喷雾电介质烧蚀技术继承了间歇式电火花加工技术的特性,包含内喷雾电火花烧蚀和水中普通电火花烧蚀两个过程。

文献[21]探究了通过使用快速响应的旋转电极来提高小直径深孔电火花加工速度的方法,提出了一种结合传统的电火花加工机床的电磁驱动五轴联动机床。该机床可提高电火花加工深孔的速度,其中的电磁驱动电机可以同时起到使电极旋转和快速定位的作用。实验结果表明,与普通电极不旋转的电火花加工相比,该机床加工φ0.5 mm×4 mm和φ1.0 mm×4 mm的通孔时,加工速度分别提高了125%和337%;使用快速响应联动机床加工,以800 r/min转速加工φ0.5 mm×4mm通孔的加工速率最大提升343%,以600 r/min转速加工φ1.0mm×4 mm通孔的加工速率最大提升433%。上述实验结果还表明,用联动机床加工深孔的长径比越大,电极旋转的影响越明显。

文献[22]对金属深孔电火花加工的参数进行了优化,提出的一种具有电介质涂层保护套的工具电极的EDM系统,该文测定了最优脉宽、电极尖端与保护套最优间距和电极进给控制的最优振幅。结果表明,加工0.75~0.80 mm孔径时,脉宽40μs、尖端间距7 mm、振幅40μm时加工效果最优。此优化相比以前的参数提高了约35%的加工速度,降低了约40%的电极损耗。

3深孔加工技术的应用

随着工业化进程的不断推进,深孔加工的应用范围不断扩展,在军工、航天、石油化工机械等领域都有运用。

文献[23]介绍了枪钻在深孔加工中的应用,并分析了使用枪钻时机床及切削液的选择问题。文献[24]给出了枪钻在汽车制动泵主缸深孔加工机床中的运用,并设计了加工过程中的排屑方式、主轴转速、主轴电机的功率及冷却系统等。文献[25]详细设计了活塞杆的深孔加工设备和工艺,对以往的工艺进行改进,并采用了合适的装夹方式、刀具材料和切削参数,提高了生产率。文献[26,27]、分别研究了船用中高速柴油机和重机进气管的深孔加工技术。文献[28]介绍了水泥机械的深孔加工技术,由于其工件质量很大,可达数十吨,因此其深孔加工有着特殊的难点,另外其孔径范围差别很大,因此同一零件需要用不同种类的深孔加工手段。该文根据工艺需求对旧机床进行了改造,实现了提升深孔加工综合效益的目标。特种加工方面,文献[29]给出了钛合金材料的超声和电火花深孔加工方法。由于钛合金材料用普通机械加工方法难以加工,即便是较为合适用于其加工的电火花加工方法,在加工深孔时由于其低导热性和高韧性使得加工效果也不理想。因此文中将超声振动加入电火花加工过程,并分析其作用,提出了一种结合超声波与微细电火花的四轴机床。另外,文献[30]对多孔陶瓷燃烧板的深孔加工进行了研究。

4深孔加工技术的发展趋势

从最早的钻削枪管使用的枪钻,到后来出现的BTA钻、喷吸钻、DF钻等,深孔加工工艺的优化方法不断产生,例如新型刀具材料、结构,导向块布置,排屑装置等,并在优化过程中不断增强环保意识,逐渐向高效率、高精度、高可靠等方向发展[31]。

同时,深孔加工技术还逐渐引入学科交叉的思想。例如特种加工,它彻底改变了深孔加工的原理,利用电能使材料汽化或液化达到去除材料的目的。数控加工的发展也使得小批量、多品种的深孔加工成为了可能,并结合了计算机技术的发展,越来越使得工人的操作得到简化[32]。

为了节省资源和减少污染物排放,对于加工的绿色化也提出了更高的要求,新型绿色加工技术主要有3种:采用绿色切削液、干式切削、准干式切削。由于干式切削技术难度较大,因此暂时难以推广;准干式切削使用微量切削液,可较大程度减少污染,而且技术难度大大小于干式切削,因此受到更多关注;采用具有生态性能的冷却润滑剂,也可实现绿色切削,并且其对人体健康无影响[33]。

5结语

薄壁深孔的电解加工 篇7

关键词：薄壁深孔零件,电解加工,简易设备,加工工艺

1 引言

深孔加工一直是孔加工中的技术难题, 因其精度、形状和表面质量很难保证, 尤其是一些材质比较硬的薄壁深孔零件, 工艺难点是材质硬, 孔径与壁厚比值大, 长度与孔径比值大, 加工时受切削力作用容易变形, 影响同轴度, 使用传统的加工设备或使用数控设备都会非常麻烦, 有的甚至无法装夹工件或即使能成功装夹也成本过高。而电解加工方法, 则很好地解决了薄壁深孔的加工问题, 它可严格控制孔的尺寸和变形量, 保证孔的加工质量和表面粗糙度值, 并且加工效率高。本文主要介绍了某薄壁深孔零件的固定式电解加工简易设备的制作和工艺方法。

2 加工工艺分析

某军工企业需要加工如图1所示的零件。该零件材料为YT15硬质合金, 属于难加工材料, 外圆直径为30mm, 壁厚仅为3mm, 长2400mm, 孔径与壁厚比值为8, 长径比L/d=80。由于该零件壁薄、深径比大, 用传统的深孔钻削或镗铣加工存在较大困难, 很难保证加工质量, 而且容易使孔壁产生变形。该零件的加工要求又非常高, 在全长范围内, 任何一个截面内的尺寸及壁厚超差, 都要按废品处理。所以决定采用电解加工, 由于电解加工工件本身不受力, 不会引起变形, 还能很好地控制壁厚差, 保证其加工质量和精度。由于是圆形的深孔, 通常采用固定式电解加工方法比较方便, 制定加工工艺时, 以外圆作为内孔加工的基准。

3 加工设备的设计

根据图1所示薄壁深孔零件的技术要求, 在预制孔的基础上设计一套简易设备完成其精加工, 见图2。

此设备由一个支座, 架着两个同轴的黄铜锥碗、导电铜瓦以及齿轮齿条位置调节装置 (未画出) 组成。左锥碗固定, 其左端接供液管, 在左锥帽与阴极配合孔周边有若干均布的电解液进入孔, 右锥碗在水平方向位置可调, 以便夹紧, 其右端接回液管, 电解液和加工生成物, 由右锥帽上的均布小孔逸出。阴极为一根直度很高的黄铜棒, 加工前, 将阴极和工件装在夹具左右锥帽中, 工件和阴极的对中靠夹具锥帽的B、A孔的同轴度保证, 阴极直径比待加工孔直径小2△ (△为加工间隙, 孔径Do≤60mm, △=0.3~0.6mm) , 此间隙就是电解液的通道, 装好后整体放入固定式电解加工装置的左右锥碗中, 锥帽与左右锥碗以锥面配合有自动定心作用, 并可靠保证导电、密封。阴极则通过夹具锥帽和支座上的左锥碗接电源负极, 工件通过铜瓦接电源正极。图2所示为组装好工件和阴极的夹具一端 (左锥帽) 已放入左锥碗中, 另一端 (右锥碗) 悬空着, 正待放入右锥碗中。加工时工件应垂直安装, 使电解液由上而下流动。

固定式深孔电解加工装置可以用于加工各种不同尺寸的零件。对于不同口径的零件, 只要改变夹具端帽B孔尺寸;对于不同长度的零件, 只要通过右锥碗右侧的调节装置进行调节, 为了消除边缘效应, 在加工时阴极长度要做得比工件长一些。整个装置操作简单、工效高、易于实现加工过程的自动控制和大批量生产。

4 加工工艺参数

由于该工件为YT类硬质合金, 材质比较硬, 选用以Na NO3为主的电解液, 实验所用配方为[Na NO3 (76g/L) +Na NO2 (10g/L) +酒石酸钾钠 (60g/L) +Na OH (30g/L) ];电压为12~15V, 工作电压的最高值以不击穿加工间隙为限度;电流密度0.20A/mm2, 电流密度直接影响电解加工的生产效率, 在条件许可时应尽量取高些, 但是电流密度加大时, 工作电压也随之增高, 在实验时已经验证, 被加工孔的表面粗糙度也会增大, 影响加工质量, 具体数值应根据经验选择, 通过实验进行验证。加工时, 根据加工余量和电源条件确定电流的大小, 控制加工时间。其成型过程是由预制孔朝径向方向扩大, 所以固定式电解加工的加工余量不宜过大, 否则效率和精度均受影响。

5 加工应注意事项

(1) 加工前应清除预制孔表面残留的油。通常用质量分数为8%~10%碳酸钠和质量分数为2%~3%硅酸钠组成的溶液, 加热至80℃~100℃, 使工件在其内保持10~20min, 除油后用清水冲洗。

(2) 由于阴极长, 进出口处的电解液流速、温度以及电解产物氢氧化铁的含量不相同, 加工后工件孔可能会产生锥度, 因此初始间隙不宜取得过小。

(3) 为了消除边缘效应, 阴极长度要做得比工件长一些。

(4) 固定式加工的阴极整个表面必须完好无损, 任何微小疵点或刻痕均会反映到工件表面。

(5) 为了消除孔壁的疵点, 在加工过程中间对电解液要进行倒向。

6 结论

此方法在企业生产中已经得到了应用, 主要用于枪管、炮管、煤炭行业的液压支柱、支架缸体等加工。加工精度可达到0.01~0.02mm, 表面粗糙度可达到Ra0.16~Ra0.08。能够严格控制孔的精度、表面质量和粗糙度值, 并且缩短了加工时间。只要改变设备中端帽B孔尺寸, 就可适用于不同孔径零件的加工, 非常简单适用, 不需要专用的机床设备, 可用于大批量生产加工。

参考文献

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[7]朱树敏.浅谈电解加工[J].机械工人, 1984 (11) :188-189.

深孔加工的编程及技巧 篇8

(一) 深孔加工指令格式

大多数的数控系统都提供了深孔加工指令, 这里以FANUC系统为例来进行叙述。FANUC系统提供了G73和G83两个啄式钻孔指令:G73为高速深孔加工循环指令, G83为深孔加工循环指令。其指令格式分别为:G98 (G99) G73X_Y_Z_R_Q_P_K_F_L G98 (G99) G83X_Y_Z_R_Q_P_K_F_L式中:

X、Y——待加工孔的位置。

Z——孔底坐标值。 (若是通孔, 则钻尖应超出工件底面)

R——参考点的坐标值。 (R点高出工件顶面2~5mm)

Q——指定每次进给深度 (G73或G83时) , 是增量植, Q<0。

P——刀具在孔底的停留时间。 (ms)

K——指定每次退刀 (G73或G83时) 刀具位移增量, K>0。

F——切削进给速度。

(mm/min)

L——循环次数。 (一般用于多孔加工的简化编程)

G98——钻孔完毕返回初始平面。

G99——钻孔完时返回参考平面。 (即R点所在平面)

注意:

1. 如果Z、K、Q移动量为零时, 该指令不执行。

2.|Q|>|K|

(二) 深孔加工动作

深孔加工动作是通过Z轴方向的间歇进给, 即采用啄钻的方式, 实现断屑与排屑的。虽然G73和G83指令均能实现深孔加工, 而且指令格式也相同, 但二者在Z向的进给动作是有区别的, 图1和图2分别是G73和G83指令的动作过程。

从图1和图2可以看出, 执行G73指令时, 每次进给后令刀具退回一个K值 (用参数设定) ;而G83指令则每次进给后均退回至R点, 即从孔内完全退出, 然后再钻入孔中。深孔加工与退刀相结合可以破碎钻屑, 令其小得足以从钻槽顺利排出, 并且不会造成表面的损伤, 可避免钻头的过早磨损。

G73指令虽然能保证断屑, 但排屑主要是依靠钻屑在钻头螺旋槽中的流动来保证的。因此深孔加工, 特别是长径比较大的深孔, 为保证顺利打断并排出切屑, 应优先采用G83指令。

(三) 常规自动编程方法

这里以CAXA2011制造工程师为例, 其钻孔参数设置对话框如图3所示。

1. 加工参数

加工参数包括:安全高度 (绝对) 、安全间隙 (即R点) 、钻孔深度、暂停时间、主轴转速、转孔速度、工件平面和下刀增量 (即Q) 等。

安全高度:指在此高度上刀具可以在任何位置平移而不会与工件或夹具发生碰撞。

安全间隙:指钻头由快速进给转为加工速度时刀具所在位置, 安全间隙应高于下刀位置。

钻孔深度:是指最后的加工深度。

暂停时间:指刀具在孔底部的暂停时间。

主轴转速:机床主轴的转速。转孔速度:钻孔进给速度。工件顶面:是指工件上表面的高度值。

下刀增量:为每次向下的钻孔深度 (增量值, 取负) 。

2. 自动编程产生的程序段

由图3对话框中设定参数值, 采用G73高速啄式钻孔方式得到的程序为:

由图3对话框中设定参数值, 采用G83啄式钻孔方式得到的程序为:

从上面程序中可以看出, G73高速啄式钻孔和G83啄式钻孔程序结构完全一致, 只是每次加工后退刀的位置有所不同。

G83每向下钻一次孔后, 快速退到参照R点, 然后快进到距已加工孔底上方为K的位置, 再前进钻孔。使加工深孔时更利于排屑、冷却。而G73每向下钻一次孔后, 只快速退到距已加工孔底上方为K的位置, 然后就继续前进钻孔, 减少了退刀量, 可以进行高效率的加工, 但排屑、冷却比G83差一些。

二、结论

根据加工深孔的需要, 合理地选择加工方式, 设置钻孔加工参数和适当地修改后置处理文件, 使自动编程产生的程序能满足深孔加工的断屑并保证刀具得到充分冷却。

参考文献

深孔机械加工论文 篇9

深孔是指孔的深度与工件直径比大于10的孔。随着机械工业的迅速发展及新型材料的出现, 加工精度的要求越来越高, 提高生产加工效率和加工精度显得愈发重要。在深孔钻镗床上采用不同的加工方式, 对孔的直线度具有明显的影响。最佳直线度是由相对旋转得到的, 即钻镗头和工件以相反的方向进行旋转;较好的直线度是由工件旋转得到的;单单钻镗杆的旋转将使直线度变差。一般情况下, 当深孔钻镗床进行镗削扩孔时, 选用工件旋转、镗杆不旋转的加工方式。

1 传统深孔镗削的特点

(1) 加工原理。深孔钻镗床加工大直径深孔, 当镗头直径超过授油器前端导向装置孔径时, 受授油器内部油路系统孔径尺寸的限制, 导致前端镗头导向装置不能满足镗头的配合, 无法进行镗头导向, 降低了功效和加工要求, 不能满足生产加工工艺要求。在这种情况下, 要继续加工, 加工原理是缩小镗头导向装置的孔径, 使其与镗杆形成过渡配合关系, 即所谓的抱杆加工, 改镗头导向为镗杆导向, 使镗头悬置在授油器外。

(2) 加工特点。抱杆加工过程中, 如果采取镗杆旋转, 会直接使导向套与镗杆之间产生摩擦, 造成导向套与镗杆的磨损, 从而减少其使用寿命, 降低加工效率, 进而直接影响加工深孔的精度。因此, 在加工过程中, 必须限制镗杆的旋转运动, 镗杆只能相对工件做轴向进给, 由传统复合加工变成单一运动。单一运动会导致加工深孔的直线度相对变差。此外, 因采取过渡配合, 冷却润滑变难, 供油方式只能为后给油, 供油路径变长, 油压变小, 油效变差。更大的变化是, 相对切削线速度大大减小, 导致生产效率大大降低。

2 导向体设计

(1) 设计思路。从传统深孔加工的原理与特点可知, 获得深孔最佳直线度的方法是实现镗杆与工件的相对旋转;提高工件的旋转速度只能有限地提高生产效率, 但要大幅度提升切削线速度, 必须让镗杆实现旋转运动。所以, 为了解决抱杆加工生产效率低下, 且加工深孔直线度差的技术难题, 最佳方案是实现镗杆与导向装置的相对旋转运动。

(2) 设计内容。图1为导向体。图中, 1为微调螺栓, 2为导向体内筒, 3为导向体外筒, 4为前密封油槽, 5为后密封油槽。

从图1可以看到本设计结构由5个部分组成, 采用的设计原理为, 导向体外筒与授油器内筒进行过渡配合。工作时, 授油器向前移动, 将导向体与工件端面及授油器紧密贴合。通过后密封油槽中的密封圈实现导向体外筒与授油器间的油路密封;前密封油槽中的密封圈将导向体外筒与工件端面间的油路密封, 杜绝了泄油, 保证了油压。导向体外筒小轴径部分, 内孔与镗杆间存在2~3mm的间隙, 以实现油路的畅通。该结构亦避免了深孔镗杆旋转时与授油器内筒内壁的摩擦, 实现了深孔镗杆相对工件的自由旋转;导向体内筒孔径与相应镗头相配合, 以实现抱头加工方式。具体工作状态如图2所示。

图2为导向体工作装配图。图中的1为工件, 2为中心架, 3为深孔镗头, 4为导向体, 5为授油器, 6为镗杆, 7为镗杆支架。

从图2中可以看到, 在镗孔工作期间, 导向体内筒的外径与导向体外筒的内孔之间采取间隙配合。在床体主轴旋转加工过程中, 导向体内筒与导向体外筒的同轴度要求由导向体外筒的调整螺栓通过微调来保证, 本设计可以装配规定范围, 装备简单, 操作方便, 不同规格的导向体内筒, 通过更换与深孔镗头的切削刃直径相配合的不同导向体内筒, 可以实现一定直径范围的深孔加工, 刀具配套系列化、标准化易实现, 从而大大提高了导向体的配合加工能力。移动授油器通过前密封油槽实现导向体与工件之间的油路密封, 实现油路的闭合与循环, 保证导向体工作时需要的稳定油压及工件加工质量的稳定性。

3 使用效果

为验证设计的合理性及工作效果, 以在DZC106深孔钻镗床上批量加工Φ300mm×3000mm的S1310缸筒深孔为例进行综合分析, 从验证效果的对比来看, 若采用传统深孔加工方法对上述深孔进行加工, 进给速度为3mm/min, 加工相同水平的小孔, 时间为50小时, 深孔形位公差波动范围的高位概率较大;改用设计导向体后加工, 镗杆可自由旋转, 进给速度高达27mm/min, 加工时间约为6小时。采用该方式, 加工速度就提高了9倍, 加工时间缩短到传统的1/10, 深孔形位公差波动范围的高位概率较小, 既提高了加工质量, 又大大提高了加工效率, 节省大量工时, 降低了劳动成本。由此可见, 新的深孔加工方法的使用与传统加工方法相比, 在工艺不变的前提下, 提高了加工质量, 节省大量劳动成本, 大幅提升了加工车间的生产效率。

4 结论

通过对基于深孔加工导向体的设计的深孔钻镗与传统加工方法进行对比分析发现, 新的深孔加工方法的设计结构简单, 操作方便, 通过实现加工过程中镗杆相对工件自由旋转这一条件, 不仅取得了深孔加工的最佳深孔直线度, 而且大大提高了刀体与工件间的相对切削速度, 提高了生产率。同时, 实现了供油方式由后给油变为前给油, 增强了供油效果。本设计具有加工简单、操作方便、成本低廉、经济效益可观等优点, 因此, 具有较高的推广价值。

摘要：针对深孔钻镗床上大直径镗头镗削深孔时, 抱杆加工生产效率低下和加工深孔直线度差的技术难题, 通过增设一个辅助导向体, 实现镗杆与工件的相对旋转, 不仅大大提高了生产效率, 而且使深孔直线度得到很大改善。

关键词：深孔钻镗,抱杆加工,导向体,相对旋转

参考文献

[1]展海瑜.数控深孔钻镗床进给机构的设计[J].制造技术与机床, 2012, (2) .