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普通车床深孔加工方法浅析

摘要:深孔加工是机械加工常见工序,但是对于生产条件较差的企业只能借助普通车床开展深孔加工作业,而要想保证加工精度需要通过合理的方法进行控制,对此,本文阐述了深孔加工概述,分析了普通车床具体深孔加工难度,提出了普通车床加工方法,并介绍了注意事项。

关键词:普通车床;深孔加工;方法分析

在机械加工中,深孔加工属于一道难题,主要体现在强度低、刚度差等方面,经常发生锥形、直径变大等问题,进而无法满足加工质量要求。所以,在无深孔加工设备条件,进行普通车床深孔加工过程中需要科学设计夹具与刀具等装置。

1深孔加工概述

1.1深孔加深定义

对于深孔加工而言,主要指孔深和直径比例为L/d≥5的加工孔。在现代机械加工中,一般选择专用设备以及辅助工装开展加工作业。主要特点就是劳动强度低、质量好以及效率高。然而在中小型企业与个体户方面,通常不会采用这些设备,主要借助普通机床完成加工作业,选择普通车床开展加工作业。比如加工长度115mm、φ12H7深孔时,由于孔壁较薄,通常会选择φ11.9mm或是φ11.8mm钻头直接开展钻孔处理,一次切削会产生大量热量,由于消热时间不够充分,因此会造成变形问题,导致加工过程出现误差。所以,为了充分降低残余应力与热变形在精加工方面产生的影响,需要采用科学方法有效控制加工误差,进而有效保证加工精度。

1.2深孔加工发展

扁钻是最早用于金属深孔加工的刀具,诞生于10世纪。美国加工企业在1860年改进了扁钻,成为麻花钻,为钻工加工行业作出重要贡献。美国、英国、德国的军事工业企业在20世纪初发明单刀钻孔刀具,由于在枪孔加工中具有广泛应用,所以又称为枪钻。海勒公司在1943年,研制了Beisner系统。现代设备商会(法国)、孔加工协会(美国)、海勒公司(德国)、卡尔斯德特企业(瑞典)、维克曼公司(英国)在1945年之后成立了BTA协会,即深孔加工国际孔加工协会。经过协会各个成员的共同努力,促使此种特殊加工方法获得新发展,称为BTA法,广泛普及、应用于世界各国。之后山特维克企业设计研发出能够分屑多刃错齿与可转位深孔钻,促使BTA法获得良好发展。在20世纪70年代,日本冶金公司研发的DF法选择单管双进油系统,该方法对喷吸法和BTA法两者优点进行有机结合,在小直径、中直径的内排屑钻削中具有广泛应用。在20世纪80年代到21世纪,中北大学机械制造工艺研究所的研究人员研发出SIED深孔集成加工技术,在实践活动中获得良好应用。SIED技术对DF系统、喷吸法、BTA法与枪钻等技术优点进行了充分归纳总结,同时充分防止其缺陷前提现像形成的实用性与创新性加工技术。

1.3深孔加工的设备要求

对于深孔加工来讲,具有加工作业量大以及难度高等特点,在深孔加工夹具、刀具、辅具以及机床等方面均提出较高要求。对于高压冷却液刃具的深孔加工机床,切削速度大,同时可以获得严格公差与良好光洁度,并且在材料方面具有硬化冷作趋势,因此与普通钻削、镗孔、铰孔机床等普通机床来讲,具有具备良好刚性与强度。(1)机床要求。第一,需要具备足够刚度。内排屑深孔钻选择大进给量以及高转速方式开展加工作业,具有较大的轴向力与扭矩,机床刚性在钻头耐用度与加工孔精度等方面具有较大影响。第二,机床电机的功率应该充足。第三,进给机构需要具备良好可靠性与稳定性。进给平稳,禁止出现爬行问题。机床进给量应该选择无级调速方式,进而在各种材料深孔加工作业中均具有良好适用性,通常进给量保持在0.05mm/r~0.35mm/r内,对于进给机构应该尽量安装过载保护装置。第四,机床主轴在轴向蹿动方面应该进行有效控制。需要将主轴轴向蹿动波动设置于允许范围中,进而对振动问题进行控制,防止出现打刀问题。第五,需要具有良好控制系统,比如超载安全系统、进给量表以及主轴负荷表,进而充分提高深孔加工可靠性。第六,机床主轴径向跳动范围应该在0.02mm以内。(2)附件要求。第一,导向套与机床主轴的跳动量应该保持在0.02mm范围内,进而保证其同轴度要求得到充分满足。为了降低导向套与机床主轴之间同轴度出现误差问题,应该直接通过所有机床进行导向套底孔加工作业。第二,工件与导向套距离应该保持在1mm范围内,进而确保钻头出钻过程中冷却液流量可以充分贯穿。第三,机床主轴和钻杆联结器之间在同轴度要求方面具有一定要求。特别在选择钻头旋转方式情况下,需要严格对联结器进行对中处理,进而和机床主轴之间产生公共旋转轴线。

2普通车床深孔加工难度

以钻机油缸为例。第一,通过分析其孔深与孔径数据能够发现,开展车削作业过程中,内孔刀杆长度大、直径小,极易出现让刀问题与振动问题,同时极易出现链度误差,对工件加工面精度与粗糙度产生严重影响。第二,因为孔深较大,所以缺乏轻松加入冷却液,无法顺利排屑,屑渣会导致加工表面被划伤,对表面粗糙度产生影响,加剧磨损刀具。另外,因为钻杆会对排屑空间产生限制问题,料芯会干扰套料钻钻孔,排屑条件非常恶劣,所以经常采用强制排屑手段。第三,深口进出口位置极易发生喇叭口以及波纹等现象,车削缺乏良好直线型,进而影响加工精度。第四,开展钻孔作业时,无法对刀具切削情况直接进行观察,开展加工作业时仅仅可以借助摸振动、观仪表、看切屑、听声音等方法,对切削过程的正常状态进行科学判断。第五,孔深径比较大,而钻杆细长,易振动、刚性低,钻孔过程中极易发生偏移问题,所以,支承导向具有重要作用。第六,不易散出切削热,加工条件较为恶劣,需要选择科学冷却手段。第七,冷却以及润滑问题。钻头主要是基于半封闭环境下开展工作,所以无法有效向切削区注入切削液。工件与刀具之间具有较大摩擦,特别在长期不间断切削过程中,会形成较高切削温度以及高温切削屑必须通过科学方法为钻头润滑与冷却提供良好保证,不然会导致钻头磨损问题更加严重。第八,切削导向问题。因为刀具细长、孔深较大,所以,深孔钻刚度以及强度相比普通孔加工刀具更差,开展加工作业过程中,极易产生振动与引偏,还会折断钻头,因此需要对导向问题进行有效处理。

3深孔加工的方法

3.1浮动镗刀杆与胎具制造

(1)合理制造浮动镗刀杆。选择45钢制造镗刀杆,结合加工孔径尺寸,基于排屑顺畅考虑,需要尽量增加刀杆直径尺寸,进而提高刀杆刚性。第一,45钢材料,毛坯尺寸为:φ35mm×755mm。第二,调质作用,提高刀杆强度与韧性。第三,将两端端面车平,总长度控制在750mm左右。第四,选择φ9mm加长麻花钻,由两头同时钻通,为进冷却液提供保障。第五,上车床,装夹两顶针。粗车一段台阶,尺寸为长100mm、mm,掉头再次车一段台阶,尺寸为长100mm、mm,车外圆φ32mm,余量为1.0mm。第六,精车外圆,尺寸为mm、mm、mm,与两位0.5mm。第七,粗磨外圆,尺寸为mm、mm、mm,余量为0.2mm。第八,上铣床进行进水槽和缺槽铣削,尺寸分别为24×2mm、60×3mm,进行俩进水孔的钻孔加工,尺寸为φ5mm,攻M5螺纹。第九,通过铣床与电火花线开展加工装刀槽切割作业。刀槽和刀头之间配合为30H7/g6、15H7/g6,保证刀头能够在刀具中自由活动。进行镗削过程中,借助对称刀刃中切削力对其切削位置进行自动平衡处理,进而降低表面粗糙度。提高孔径精度。第十,精磨。mm、mm、mm到达尺寸规范,粗糙度是Ra1.6。可以充分提高刀杆同轴度、刀杆和装刀孔对称度。第十一,在mm外圆的一端进行M12—20内螺纹孔攻钻,在mm外圆一端进行M8—20内螺纹攻钻。其中,M12—20与进水接头连接,M8—20内螺纹与刀杆导向套连接。第十二,刀头选择P01硬质合金刀片,对于镗刀刀头的切削刃导向角为8°~10°,修光刃长度足够,进而充分控制表面粗糙度以及获得光滑表面。前角在14°左右,后脚在5°左右,断屑槽设计为3mm,进而保证切屑足够细小,以便排出。(2)制造胎具。选择球磨铸铁QT400-18材料制造。第一,铸造毛坯。第二,上车床将毛坯中间部分夹住,进行外圆加工,尺寸为φ220mm,将断面车平。第三,车削尺寸为φ150×153mm的内控,同时内外圆断面车倒角,尺寸为2×45°。第四,掉头将φ220mm外圆夹住,将断面车平同时对总长尺寸进行控制,粗车φ100mm、φ120mm、φ180mm的外圆,余量为1.0mm,对各个阶台长度进行控制。第五,粗车内控,尺寸为φ37.9mm;粗车锥孔,角度为2.58°,余量为1.0mm。第六,通过内槽刀加工φ65×60mm的槽。第七,精车锥孔与内孔mm,达到尺寸要求。第八,精车外圆φ220mm、φ100mm、φ120mm、φ180mm,达到尺寸要求。第九,车M100×2的外螺纹。第十,通过铣床铣削两个缺口,分别为60×45mm与100×100mm,前者便于装刀,后者便于导向套安装。

3.2导向套

可以选择45钢材料的导向套,主要作用对工件和刀具的相对位置进行确定。可以发挥导入支承效能,充分提高切削过程平稳性,导向套的内孔和刀杆配合之间配合是φ20H7/f6,导向套的外圆和胎具体孔之间配合是φ37.9H7/f6。

3.3弹性夹头

采用球墨铸铁QT400-18材料,根据尺寸要求通过车床进行加工,之后通过铣床进行铣槽加工,尺寸5×17mm,数量4条,可以提高工件装卸便捷性,同时可以保证工件不会出现变形与夹伤问题。3.4锁紧螺母采用QT400-18材料进行加工。3.5冷却以及润滑对于深孔加工来讲,冷却润滑液具有防锈、冲洗减振、润滑、冷却等作用。其能够充分控制切削区中工件、刀具、切屑之间的摩擦,降低热量产生,另外,能够带走一定切削热,有效降低切削温度。因此,切削润滑液质量对于深孔加工质量的影响较大。需要保证其流动性良好、黏度小,进而对孔壁与刀杆之间切屑进行快速冲洗,在脏切削液流至聚液箱之后,可以保证切屑快速下沉。比如,加工钻机油缸过程中,因为需要对加工表面与润滑刀头进行充分润滑与冷却,还需要顺利排出铁屑,难度较大。精镗孔过程中,通过刀杆中心将冷却液注入其中,冷却液可以选择乳化切削液,其流动性与滑动性能均较为突出。水泵压力设计为0.06Mpa,流量设计为25L/min。冷却液可以直接打到加工表面,促使刀头与加工表面获得有效润滑与冷却,同时基于水压作用顺利排出切屑,为浮动镗刀创造良好加工环境,进而充分保证加工表面粗糙度与精度满足要求。

4加工过程

第一,将两端面车平,并预留1mm,孔两端进行2×30°倒角设置,借助两顶尖装夹进行外圆粗车,单边余量为0.5mm。第二,将一端夹住,并借助中心架将另一端托住,选择常用铰刀对内孔进行粗车处理,长度为总长度的一般,单边余量为0.5mm。第三,掉头,对余下孔长进行粗车处理,内孔的单边余量为0.5mm。第四,对两端面进行精车处理,同时对工件总长度进行控制,两端孔口的倒角为2×30°。第五,通过梁顶针装夹对缸体外圆进行精车处理,达到设计要求。第六,借助四爪将外圆夹住,并进行找正处理,借助中心架将其拖住进行精车加工,粗糙度是Ra3.2,余量是0.2mm。第七,掉头并重复第三道工艺,对另一半内孔进行加工处理,粗糙度是Ra3.2,余量是0.2mm。第八,浮动镗削。①选择四爪将胎具夹住,同时借助百分表进行校正处理。②对主轴和刀杆中心同轴度进行校正。③在胎具体的φ37.9mm孔中放置导向套。④在弹性夹头中安装工件,之后向胎具锥孔中放置工件与弹性夹头,将锁紧螺母拧上,借助中心架将其拖住。⑤向工件孔中插放镗刀杆,同时对准导向套的内孔。⑥将5mm垫片垫入导向套前端,借助M8螺栓向刀杆内螺纹旋入,对刀杆与导向套进行定位处理。⑦安装精镗刀头,封尾两次开展镗削处理。第一次的切削用量如下,ap=0.05mm、f=0.1mm/r、vf=5m/min。第二次切削用量为ap=0.055mm、f=0.05mm/r、vf=5m/min。加工之后,孔表面以及粗糙度满足图纸要求,其他方面技术指标也满足图纸要求。选择该工艺开展加工作业,仅仅采用普通车床与简单工具夹即能够有序根据图纸要求进行长径比较大的深孔加工作业,同时无需选择专用夹具,尤其在小批量产品加工方面,具有良好经济效益。

5注意事项

(1)需要积极开展普通车床保养和维护工作,应该以其构成情况为切入点,可以从班前检查、保持润滑度、通电运行等方面开始,同时还需要在班后对机床清扫、电源气源、开关、机械、液压手柄等工作加以重视,做好相关工作,并认真检查。同时还应该开展周期性维保工作,针对不同部位展开针对性、细致化维保。因为普通车床的保养、维护以及维修工作具有较强专业性,因此开展实际应用与维护过程中,需要安排专业人员开展相关工作,避免由于专业技能不足对机器造成损坏。(2)浮动铰刀设计。通过实践证明,扩孔可以对位置精度进行纠正,但是铰刀铰孔仅可以保证形状与尺寸精度、降低孔表面的粗糙度,然而无法对位置精度进行纠正,在机床发生振动问题时,还会导致加工的孔出现椭圆问题。在深孔形状与尺寸精度具有较高要求时,同时对于表面粗糙度并无较高要求情况下,为了防止出现椭圆问题,可以进行具备自动定心性能的浮动铰刀设计。比如,选择φ12H7直柄铰刀,为了保证铰刀具有良好浮动效果,进行辅助夹具设计,其安装口应该比铰刀夹持柄部超出2mm~3mm。(3)对尾座轴线进行合理调整。开展真空加工之前,应该对尾座套筒的轴线进行合理调整,保证其重合于主轴轴线,尽量将同轴度控制在0.02mm范围内,进而充分保证真空加工过程中孔位置精度。(4)科学确定切削液。开展深孔加工过程中,切削液和深孔表面粗糙度等方面具有紧密关联。通过实践证明,基于非水溶性切削液以及干切削开展深孔加工过程中,孔径会超出实际直径,其中干切削的差异性最为突出。但是借助乳化液以及其他水溶性切削液,可以减少孔径。所以,选择新刀具开展加工作业过程中,可以选择15%乳化液用于切削液,可以对此种深加工孔进行有效控制。若是深孔加工具有较高要求,应该选择70%肥皂水与30%菜油。还可以选择机油+柴油。

6结语

综上所述,借助简单工艺装置,通过普通车床进行深孔加工,具有经济适用特点,对于个体化与中小型机械加工企业具有良好实用价值。科学选择工装夹具、加工工艺等,开展高精度深孔加工作业具有良好可行性,有利于提升小批量生产与专用设备不足加工企业的经济效益。

作者:叶正军 单位:江苏省无锡技师学院

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