深孔数控加工（共9篇）
深孔数控加工 篇1
1 引言
图1所示为我厂最近加工的一种钢管扩孔工具—挤压针。它的材料为X38CrMoV53工具钢。经过调质后, 表面硬度达HB449, 一般刀具难以加工。加工深孔的直径为35mm, 长1500mm, 但厂里的老式深孔钻床SK8920最大钻削孔径为20mm, 无法加工。
2 WDT2500型数控深孔钻床功能介绍
为了加工挤压针深孔, 工厂购买了一台WDT2500型数控深孔钻床。该钻床是深孔加工专用机床, 由青岛哈镘机电有限公司制造。它加工深孔的最大直径为38mm, 最大孔深为2500mm, 并能在各种形状的零件上钻深孔。该机床采用西门子数控系统。主轴动力装置是CZ7型交流 (伺服) 主轴电机, 无级调速, 调速范围是60～4000r/min。主轴里通过润滑油。立柱作横向移动, 横梁作垂直移动。
刀具为准35mm外排屑深孔钻头, 如图2所示。刀头前角γ0=0°, 后角α0=15°, 主偏角Kr=31°。钻头中间有油孔。刀柄部有键槽, 与主轴连接。刀头材料是YT15硬质合金, 硬度为HRA89.5～92.5, 维持切削性能的最高温度是900℃～1000℃。
外排屑深孔钻头最早用于加工枪管, 故又名枪钻。它主要加工直径2～20mm、长径比超过100的深孔, 其孔的精度达IT8～IT10级, 表面粗糙度Ra0.80～Ra3.2, 且孔的直线性较好。这种钻头由切削部分和与其焊接的钻杆部分组成。工作时, 切削液 (压强约为3.5～10GPa) 从钻杆后端中心孔注入, 经月牙形孔和切削部分进油小孔到达切削区, 然后迫使切屑由120°的V形槽和工件孔壁中间排出。其切削部分只在一侧有两段切削刃, 钻尖偏离轴线距离e, 使径向分力始终指向切削部分的导向面, 同时钻尖前方切出一小圆锥体, 有助深孔钻头定心。其钻尖偏移, 可使切屑从钻尖两面流出, 便于排屑。120°槽底略低于钻心, 避免靠近中心处刀刃挤压, 形成的芯柱也有利于导向。
深孔一般是指长径比大于5的孔。深孔钻削难度大。由于钻头在很深孔内切削, 无法直接观察切削情况, 只能以听声音、看出屑和测油压进行判断。同时钻头在近似封闭的状态下工作, 散热困难, 钻头磨损严重。切屑多而排屑通道长, 如不采取必要措施, 随时可能由于切屑堵而导致钻头损坏。由于孔的深度与直径的比例较大, 钻杆细长, 刚性差, 工作时易偏斜及产生振动, 孔的精度和表面粗糙度难以保证。所以深孔钻削要排屑通畅, 充分冷却润滑, 有良好的导向。
3 切削用量选择
加工时, 我们先用两块V形铁把挤压针固定在工作台上, 再拿两块压板夹紧。工作台方槽的直线度很重要。深孔钻头柄部插入主轴孔中, 靠键传动。润滑油从钻头后端注入其内部。油压很大, 才能把铁屑从V形槽中冲出去。深孔钻头装有5个支撑环, 支撑环中间套着轴承, 增加钻头刚度。支撑环如图3所示。因为挤压针的材料很硬, 我们采用较小的切削用量, 即ap=17.5mm, v=0.73m/s, f=0.02mm/r。润滑油流量为8L/min, 压强为1GPa。部分程序段如下:
4刀具受力分析
如图4所示。已知刀头材料为硬质合金YT15, 钻削X38CrMoV53钢, 其中σb=0.918GPa, 刀具几何参数γ0=0°, λs=0°, Kr=31°, rε=0.5mm。切削用量ap=7.5mm, v=0.73m/s, f=0.02mm/r。磨损限度取VB=1.0mm。
解:由图4可知, Fz是合力Fr在主运动速度上的分力, 消耗功率最大, 主要计算它。由于Fx、Fy力较小, 而且在《机械加工技术手册》上查不到数据, 故忽略不算。由表查得:
总修正系数KFz=Krm FzKkr FzKγo FzKλs FzKrεFz=1.32×1.07×1.1×1.0×0.87=1.35。
将已查得值和计算值代入切削力公式:
可知切削力较小, 刀头强度足够。
工件材料硬度大, 切削力就大, 产生热量多, 刀头容易磨损。因此得重新刃磨钻头。我们可增大后角, 由15°变为20°。同时减小主偏角Kr, 减小径向力, 保持刀杆的导向性。刀杆采用厚壁钢管, 壁厚由5mm增为8mm。
5 结语
从2008年至今, WDT2500-CNC数控深孔钻床稳定运行了两年。该机床扩大了加工范围, 不仅能加工圆柱形零件上的孔, 而且能加工方形零件上的孔。孔径加工范围大, 最大为38mm, 能满足一般工厂的加工需要。该机床自动化程度很高, 数控系统为西门子的, 装有彩色显示屏, 通用编程。它还有手摇脉冲发生器, 便于人工控制。主轴直线进给采用精密丝杠传动。立柱和横梁可以快速移动, 分别达到4000mm/min、3000mm/min。由于工件固定, 不像老式深孔钻床使工件飞转, 偏心孔工件得加平衡铁, 因此安全方便。
参考文献
[1]机械加工技术手册编写组.机械加工技术手册[M].北京:北京出版社, 1992.
深孔数控加工 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
深孔数控加工 篇3
关键词：深孔加工工艺技术；水泥机械制造；应用
近年来，深孔加工工艺技术在我国军事工业、汽车生产制造、工程机械建造、以及石油化工领域机械设备加工中等已经获取了广泛的应用空间。由于我国水泥机械工业近年来出现了设备更新速度不断加快的发展特征，直接导致许多水泥产业企业实体不能充分适应具备深孔结构的轴类零件生产加工技术要求，特别是在应用于重型机械零件生产加工的深孔机床设备购置价格居高不下的条件下，给深孔加工工艺技术在我国水泥机械制造领域的普及运用，造成了严重的不良影响。在这样的条件下，针对已有生产设备实施改造，使之具备深孔加工工艺技术的应用条件，将成为我国水泥机械制造企业的重要发展方向，有鉴于此，本文将针对深孔加工工艺在水泥机械制造领域的应用问题展开简要论述。
1 基本加工对象
目前我国水泥机械制造产业实际生产运用的主要技术装备产品，形如各类型的各种水泥窑、辊磨设备、辊压机设备等，其机械零件构成体系中包含的大型或者是重型轴类零件，从技术规格特征以及生产技术要求角度，大致可以被划分为如下四个类型。
第一，轴类零件的直径≤Φ600.05mm，这一类别具体包含Φ50.05mm同心通孔结构，L≤3000.05mm的形制较大的轴。
第二，轴类零件的；直径≤Φ600.05mm，这一类别具体包含Φ50.05mm同心通孔结构以及型号范围在Φ10.05至30.05mm的偏心通孔结构，或者是盲孔结构，L≤3000.05mm的规格较大的轴。
第三，轴类零件的直径>Φ600.05mm，这一类别具体包含≥Φ5O.05mm的同心通孔结构，或者是具备较大直径测量数值的偏心通孔结构和不通孔结构，L，≤3000.5mm的形制较大的轴。
第四，不具备任何类型的深孔结构的轴类零件，这一类型的轴类零件通常选取45.0，40.0Cr纯金属材料，或者是35.0CrMo合金材料作为加工基础原料，在加工的技术过程中需要实施调质热处理过程。并且在通常的水泥机械设备的生产条件下，对大型或者是重型轴类零件深孔结构的加工技术精确度控制以及质量控制并未提出特别要求。
2 基本生产加工能力状态分析
随着我国水泥机械加工企业技术改革工作开展力度的不断加大，我国水泥机械设备正常加工企业工艺设备建设水平正在逐渐提升。时至今日，我国绝大部分的水泥机械设备生产制造企业都已经具备了开展直径参数范围在Φ1000.05至2000.05mm轴类零件的生产技术能力。在企业配备工作行程长度≥5000.00mm的卧式车床设备的生产技术条件下，实际生产空间的起重技术能力可以达到32t以上，而在这样的设备建设基础条件下，水泥机械设备生产制造单位已经具备了进行大型或者是轴类设备加工处理的能力，并且已经完成了对钻床设备以及铣膛床等配套使用的加工工艺设备的引入建设工作过程，这些现象直观表明我国一部分水泥机械设备生产制造企业，已经初步具备了进行深孔轴类零件生产加工的基础技术条件。
然而，目前我国却依然存在较多的水泥机械设备生产企业，未能建设形成具备深孔式大型或者是重型轴类零加工生产功能的机械装备以及技术能力，在这里需要指令这些在技术层次具备局限性的企业，切实投入恰当数量的资金资源，通过开展适当程度的技术改造，提升企业的实际装备建设配备水平，以及生产技术应用能力。为我国当代水泥机械设备生产企业综合性生产技术水平的提升，构建准备支持条件。
3 水泥机械深孔加工工艺技术的基本工艺特点以及工艺技术要求
3.1 技术工件加工对象实际具备的工艺技术特点
第一，实际加工的技术工件往往具备较大的重量，其实际的重量参数取值范围通常就可以达到几吨甚至是数十吨，并且其实际具备的体积形制特征也相对巨大，形如辊压机设备压辊构件的直径参数的取值范围甚至可以在Φ2000.05mm以上，通常情形下，以直径参数小于Φ2000.05mm，且自身总重量在60t以下的技术工件最为常见。
第二，需要运用深孔加工工艺技术进行生产加工过程的技术工件，以轴类零件为最主要的门类，并且在现有的加工技术发展条件下，往往将深孔技术结构的钻制环节作为整个零件加工技术工作最后环节，通常情形下可以将轴类零件生产加工过程中涉及的深孔结构简要划分为通孔结构、盲孔结构、同心孔结构以及偏心孔结构等基本技术类型。
第三，待加工深孔技术工件实际设计规划的孔径参数具备较大的取值范围，通常设定在Φ10.05至200.05mm，甚至偶尔也会出现更大的孔径参数取值状态。孔的深度参数通常也具备较大范围的波动取值，通常技术条件下会将其孔径深度参数的取值范围控制在L=100.00至3500.00mm的动态波动区间之内，在偶然出现的特殊技术应用空间之内，甚至可能会出现更大深度的孔径深度参数的表达值。
第四，在实际开展技工件加工工作的过程中，通常不会对技术精度水平提出过高要求，在工件加工设备以及技术工艺操作行为的粗糙度、圆度、直线度等质量技术要求约制指标没有特别性技术控制要求的基础上，通常要求技术人员在工件制造对象生产加工行为实践过程中，只需达到技术质量指标体系中10级左右的技术精度控制水准即可，并且保证实际被加工的技术工件的基础原材料处于较好技术状态的切割效果表现状态之下。
3.2 技术工件深孔加工对象在加工作业流程中的基本工艺要求
深孔加工技术研究综述 篇4
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5
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6
(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
机匣深孔机械加工研究 篇7
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。
经济型深孔加工工艺 篇8
深孔加工难度高, 加工工作量大, 是机械加工中的关键性工序, 需要枪钻、BTA系统、DF系统等专门加工深孔的加工刀具。为适应种类愈来愈多, 加工难度愈来愈高的新型工程材料的深孔加工, 深孔加工的方法已由传统的切削加工方法发展到非传统的切削工艺方法, 前者是以机械力学为基础的单刃或多刃刀具的切削方法, 后者是以附加能量 (如热切削、低温切削、磁化切削和振动) 、附加介质切削 (如添加气体切削或涂覆固体润滑剂切削) 、高速切削、电解切削、以及高能束与射流切削技术等[1]。目前应用最广的还是传统的切削加工方法。
2 深孔加工刀具的改进
近年来我们在深孔加工领域结合生产实践不断总结经验, 在C6140机床上加工带有通孔准50~120mm、长度为2~3m的小批量长轴深孔零件, 如果定做专用枪钻、BTA系统、DF系统等专门加工深孔的加工刀具。实在是得不偿失, 生产成本太高。
根据深孔加工技术的特点, 设计了如图1所示的带支撑减振装置的深孔组合镗孔刀具, 解决了深孔加工技术的冷却、润滑、排屑、切屑处理、合理导向等核心问题。由于深孔的孔径比大, 刀杆细而长, 刀具切入时设计有导向装置和辅助支撑, 从而解决了合理导向;安排了输送冷却液的装置, 切削时能够充分得到冷却并形成水流把切屑排除孔外;改进了刀具切削刃的直线型结构, 使排屑、切屑得到很好处理效果。
使用带支撑减振装置的深孔组合镗孔刀具前, 需要在工件中心钻出预孔 (钻加工深孔工艺方法另篇论述) ;在车床上进行深孔加工属于半封闭式切削, 排屑困难, 切削液不易进入切屑区。同时, 切屑产生的热量也不易散发出来。为避免因连续切削造成排屑不畅而将刀具损坏的情况, 因此, 钻削深孔时, 一般当钻削深度达到该钻孔直径的2~3倍时, 就要退出钻头, 以便排屑。
这种加工方式的局限性是:所用刀具一般选用高速钢材料如W6Mo5Cr4V2等[2]。虽然抗弯强度高、冲击韧性大, 但机床主轴转速通常情况下不会超过50r/min, 对于大孔径切削, 机床主轴转速往往达不到以上转速。另外最小进给速度通常比较小, 为0.04~0.15mm/r, 而更大孔的深孔加工要求进给速度还要低。以45钢Φ60mm孔为例, 要求进给速度0.12mm/r, 主轴转速50r/min。我们根据高速钢材料性能选择合适的刀头材料。
1.支撑座2.滚珠3.滚珠帽4, 7.内螺纹5, 6.支撑座螺栓孔8, 15.方形刀槽9.冷却液管槽10.刀杆11.装夹套上的内螺纹12.刀杆装夹套13.刀杆装夹套14.刀头的最前端
3 具体加工工艺方法
3.1 加工过程中应注意的原则
(1) 将工件用机床三爪卡盘或四爪卡盘夹持, 如果工件较长则需中心架支撑。刀具通过固定套固定在四方刀架或者中拖板上, 由机床主轴带动工件作旋转运动, 进给运动由大拖板提供。
(2) 车床上加工深孔时, 深孔加工前须利用机床尾座和专门钻深孔工具加工引导孔[3];使用带支撑减振装置的深孔组合镗刀加工切削时, 刀具两侧切削刃切削时背吃刀量相等, 切削刃一个朝上, 另一个朝下, 切削力正好抵消, 减小了机床的负载,
(3) 在刀具切削区域的尾部, 设有很大的倒角, 有利于切屑很流畅地排出孔内, 刀杆上设有冷却管, 可形成一定压力的水流把切屑带出孔外, 避免了深孔加工时因出屑不畅“闷刀”。
(4) 使用支撑螺钉时, 与孔配合的松紧要适当, 太紧容易出现卡死现象, 太松就会振动。使用支撑螺钉加工时, 既起到支撑点作用, 又起到导向作用, 就不会“让刀”而产生锥度, 也不会振动, 从而保证了加工质量。支撑螺栓里面安装了滚珠, 使支撑点的接触面几乎是一个点, 加工出孔的直线度可达到0.1mm, 粗糙度可以达到Ra3.2。
3.2 刀具结构及加工过程
3.2.1 刀具结构及作用
带支撑减振装置的深孔组合镗刀如图1所示, 由刀杆10及切削区域、刀杆装夹套12、支撑座1组成。此刀杆切削区域设置了两个方孔, 相隔25mm左右, 其方孔的轴线互成90°交叉, 方孔内安装高速钢车刀, 尺寸与方孔尺寸相匹配, 最关键在于每把车刀前后处设有安装支撑座的螺纹孔, 这样保证了刀具切削时不会发生振动, 安装支撑座的螺纹孔设计在与刀具轴线垂直的方向上。在加工过程中即使刀具切削时被吃刀量不完全相等, 也会被支撑座撑住, 故此刀杆再长也不会发生振动。
(1) 两刀互成90°的最大好处在于排屑顺畅, 后一把刀不会挡住切屑的排出。
互成角度太小或者刀具安排太多太密不利于排屑, 从而出现“卡死”现象, 刀具损坏, 不能顺利加工。
(2) 刀杆切削区域直径应大于后面刀杆直径10mm以上, 形成容屑空间, 切削时顺利排除切屑。
(3) 安装在刀具孔中的刀具长度L应为:
L= (所需加工的孔径-预孔的直径) /2+预孔的直径
3.2.2 具体使用加工过程
(1) 加工使用带支撑减振装置的深孔组合镗刀之前, 利用深孔钻孔工具和机床尾座在工件上加工出预孔 (钻加工深孔工艺方法另篇论述) , 预孔大小尽量与刀杆切削区域的最前端直径14相当, 使刀头的最前端14直径与预孔相抵,
(2) 使用时, 刀杆10套在刀杆装夹套13内, M10螺栓通过装夹套上的内螺纹11压紧刀杆, 刀杆装夹套12部分安装在刀架上, 刀杆在刀杆装夹套13内可以调整适当的长度, 高速钢刀具装在方形刀槽15、8内, 利用4、7的内螺纹安装M10的螺栓紧固刀具, 4处只有一个螺纹孔紧固刀具, 因此螺栓比7处螺栓直径要大, 刀具安装时一端刀刃长度要是另一端的2倍, 加工过程中短刀刃、长刀刃最好是同时切削, 实际操作过程中可能很难做到, 那么我们在刀具调试时短刀刃先与长刀刃切削, 短刀刃、长刀刃两刀之间距离相差越短越好。此时刀具两侧刀刃同时切削, 并且背吃刀量尽可能相等, 使机床负载减到最低。
(3) 如果预孔大于刀头部分的最大直径时, 我们就在第一个支撑座螺纹孔5处安装上支撑座, 调整上、下两侧支撑座螺栓的长度使其与预孔的直径相当, 使其得到支撑作用, 保证了加工时的工艺刚性。
第一把刀加工出的孔径, 正好作为第二把刀切削时的预孔, 刀具的长度按照以上公式计算, 才能使刀具两侧切削刃的切削余量尽量相等, 即使相差一点, 支撑螺栓就会抵消不平衡的扭力, 从而使刀具不会产生震动, 可以一次加工出很大直径的深孔, 在加长C6140机床上可加工准50~120mm直径的深孔。
(4) 切削区域由方形刀槽切削部分15、8、安装支撑座螺栓孔5、6及紧固方形高速钢刀具的螺栓孔4、7, 两把方形高速钢刀体安装15、8方孔内, 两把刀具轴线交叉成90°组成切削部分, 在刀具的径向两侧成90°垂直处各有一个支撑座, 保证了刀具切削时不会发生振动或抖动, 切削中主轴转速n、走刀量f不能大。第一把刀切削结束后, 第二把成90°摆布的车刀用同样的方法继续把孔加工到更大的尺寸, 两把刀具长度差值是后一把高速钢刀具加工的余量, 使刀具的效率成倍地提高。
(5) 在安装支撑座螺栓孔5、6处安装支撑座形成支撑点, 支撑点置于刀刃前, 根据内孔径向尺寸调整螺纹确定两个导向支撑座最大点径向尺寸, 解决了因刀杆刚性不足、导向不好使刀杆走偏, 引导刀具切削时不会产生偏斜, 加工时也不会“让刀”。增加刀杆强度, 保证直线度达到图纸要求。支撑座里面安装了滚珠2, 在滚珠下安装有硬性弹簧, 滚珠2使支撑点的接触面几乎是一个点, 不但加工出孔的直线度得到保障, 而且减小摩擦阻力;硬性弹簧使支撑座具有柔性, 当加工的内孔有锥度时, 硬性弹簧就会被压缩, 使支撑座最大点径向尺寸变小, 切削刀具不会“卡死”, 保护了机床和刀杆。加工出孔的直线度可达到0.1mm, 粗糙度可以达到Ra3.2。
(6) 刀杆内设有冷却液管槽9, 形成一定压力的水流把切屑带出孔外, 避免了深孔加工时因出屑不畅“闷刀”。刀杆切削区域直径大于后面刀杆直径10mm以上, 形成容屑空间。在刀具切削区域的尾部, 设有很大的倒角, 有利于切屑很流畅地排出孔内, 刀杆上面设有安放冷却管的圆弧槽, 使高压水冲涮切削区域, 起到冷却刀具作用并且形成不断排屑的水流, 切削时为了形成断屑刃倾角为2°~3°, 刀刃上磨出断屑台阶有利于断屑[4]。
4 结语
此种经济型带支撑减振装置的深孔组合镗刀极大地降低了成本, 降低了加工难度, 为单件或小批量深孔零件提供一种结构合理、造价低廉、刀杆长度调节方便自如的可调式内孔车刀, 减振效果好, 加工工艺刚性好, 此组合刀具经济实惠, 制造简便, 成本低, 见效快, 使深孔加工随时可在普通机床机床上进行, 而不需要枪钻、BTA系统、DF系统等专门加工深孔的加工刀具。
摘要：对于单件或小批量生产加工深孔, 如果定做专用枪钻、BTA系统、DF系统等专门加工深孔的加工刀具, 生产成本太高。文中采用带支撑减振装置的深孔组合镗孔刀具加工带有通孔准50120mm、长度为23m的小批量长轴深孔零件, 取得很好的效果。
关键词：深孔加工,经济型工艺,深孔组合镗刀
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深孔数控加工 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
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