大孔徑深孔的車削方法初探

劉文輝

【摘 要】在車床加工時(shí)切削用量稍大，就容易引發(fā)振動(dòng)，無法加工，刀具易崩刃，頻繁更換刀具費(fèi)時(shí)費(fèi)力，加工一個(gè)零件就需要占用很長的時(shí)間，無法按時(shí)完成加工任務(wù)。單件批量生產(chǎn)無法定制工具和夾具，只能從現(xiàn)有條件出發(fā)，改變加工工藝來提高生產(chǎn)效率，嘗試用分段切削法來加工該工件。通過分段加工，架設(shè)中心架來解決小批量生產(chǎn)中工件與刀具剛性差的問題。

【關(guān)鍵詞】大孔徑;加工工藝;分段加工法

中圖分類號(hào)： TG53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）32-0103-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.046

Study on Turning Method of Large Diameter and Deep Hole

LIU Wen-hui

（Jiangsu normal university， Xuzhou Jiangsu 221116， China）

【Abstract】In the lathe processing， the cutting amount is a little larger， so it is easy to cause vibration， which means that the tool is easy to collapse edge. Frequent replacement of the tool takes up a long time， which means it is unable to complete the processing task on time. Single batch production cannot customize tools and fixtures. With the existing conditions， the processing technology is changed to improve production efficiency， using section cutting method to process the workpiece. The problem of poor rigidity between workpiece and tool in small batch production is solved by segmental machining and setting up center frame.

【Key words】The large aperture; The processing technic; The segmental machining

0 引言

孔在車床加工上比軸的加工難度要大，尤其是較大、較深的孔的加工就更加困難，在批量的加工中，常用的方法很多。主要方法有槍孔鉆、高壓內(nèi)排屑鉆、噴吸內(nèi)排屑以及專用的深孔機(jī)床等。以上加工方法對(duì)刀具的要求高，制作復(fù)雜，成本高，對(duì)設(shè)備的要求高[1]。在大批量生產(chǎn)中，效率比較高，加工成本相應(yīng)下降。但在小批量和單件定制生產(chǎn)中，工作效率低，加工成本高，耗時(shí)長，經(jīng)濟(jì)效益差。我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中就遇到了這樣一個(gè)問題，此工件為大孔徑深孔罐，批量生產(chǎn)30件，時(shí)間要求緊，屬于小批量試制品，無法訂制制作專用的工具與夾具，只能用現(xiàn)有設(shè)備工具加工制作，如圖1所示：

圖1 工件圖

1 零件加工特點(diǎn)的分析

1.1 加工過程中的難點(diǎn)與重點(diǎn)

（1）排屑與冷卻。

（2）工件與刀具的剛性。

（3）加工過程中刀具與工件易產(chǎn)生振動(dòng)。

1.2 孔的加工處于封閉或半封閉狀態(tài)下的特點(diǎn)

（1）加工者不能直接觀察刀具的切削情況，只能憑經(jīng)驗(yàn)，通過聽聲音、看切削、觸摸工件感知振動(dòng)狀況等來判斷加工過程是否正常[2]。

（2）切削金屬時(shí)，由于切屑剪切變形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔@種熱叫切削熱。切削熱不易散出，車削加工中大部分的切削熱是由切屑帶走的。而孔加工中，由于刀具本身所占加工孔的比例大，切削不易排出，使工件容易過熱，如使用高速鋼材料的刀具，可能使刀具的硬度下降，需頻繁更換刃磨。

（3）切削行程長，切削排出困難。時(shí)有不規(guī)則排屑，影響加工，造成刀具加速磨損，甚至崩刃而換刀，影響加工進(jìn)度。

（4）工件和刀具的剛性差。內(nèi)孔的加工長度長，鉆頭和鏜孔刀細(xì)而長，極易產(chǎn)生振動(dòng)，鉆孔時(shí)易鉆偏，表面粗糙度高，工件剛度不足，容易發(fā)生工件振動(dòng)，造成孔的尺寸偏差大，甚至崩刃無法加工。

2 零件加工的解決方法

2.1 冷卻

當(dāng)鉆頭和鏜刀在加工過程中，由于內(nèi)孔相對(duì)封閉，形成的切削難以排除而沉積的切削會(huì)影響加工的過程和工件的質(zhì)量，同時(shí)切削和孔壁摩擦也會(huì)產(chǎn)生熱量，而這些熱量只能借助于切屑和冷卻液帶走，所以冷卻在孔加工中顯得尤為重要，最終我們選擇潤滑性和冷卻效果好的乳化液，同時(shí)加大乳化液的壓力，利用水的壓力形成水流，有效地沖出切屑。

2.2 排屑

從加工的角度出發(fā)，孔排屑的問題主要集中在分屑、斷屑、排屑三個(gè)連續(xù)的過程中，相同刀具的不同材料也會(huì)形成不同形狀的切屑，從而影響排屑。

通過改進(jìn)鉆頭的幾何參數(shù)，在兩主切削刃上修磨出第二個(gè)鋒角，角度不超過75°，并在外緣刀尖角處研磨處兩邊0.2～0.3mm的圓弧過渡刃。同時(shí)保證過渡刃相互對(duì)稱、高度一致，以增大鉆頭外緣處的強(qiáng)度和耐磨度，改善散熱條件[3]。

將前端橫刃棱邊磨窄，只保留0.1～0.2mm的寬度，修磨長度約為3～4mm，以減少棱邊與孔的摩擦。修磨副切削刃前刀面，同時(shí)用油石研磨。鏜孔時(shí)，鏜刀的尺寸不能過大。由于孔的深度較大，刀桿的剛性差，主偏角取75°，同時(shí)為了使切削液能順利流向刀尖，在不影響刀桿強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，在刀桿正面磨出水槽使切削液流進(jìn)工作部位。為了避免小振動(dòng)損傷刀尖，刃傾角取-2°，同時(shí)增加刀尖強(qiáng)度。

2.3 中心架

由于工件長度比較長，內(nèi)孔加工無法用尾架頂起支撐，工件剛性很差，無法進(jìn)行大切削加工，因此在靠近工件端面處架設(shè)中心架來提高工件剛度。

中心架架設(shè)時(shí)，應(yīng)支承在車削過的光滑表面上，根據(jù)工件選擇好的中心架位置，固定在床身導(dǎo)軌上，然后用杠桿式千分表，通過磁力表座固定在車床上來校正，慢速旋轉(zhuǎn)調(diào)整工件的中心，先使下部兩支承爪均勻觸及工件支承表面后鎖緊，再扣上上蓋，調(diào)節(jié)上支承爪位置，將跳動(dòng)控制在0.01～0.2mm以內(nèi)，然后鎖緊，三個(gè)支承爪與工件的接觸面涂抹黃油，以防咬死，在加工過程中也應(yīng)經(jīng)常檢查中心架的溫度情況，防止支承爪松動(dòng)或咬死。

3 鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔加工工藝的改進(jìn)

鉆頭選用φ25mm，轉(zhuǎn)速選擇150r/min，加長鉆加鉆套接頭，鉆孔起鉆時(shí)，工件已有中心孔，但為了避免鉆頭偏移和振動(dòng)，在刀架上裝一個(gè)銅塊支承鉆頭，鉆孔過程中切削開始排屑順利。隨著孔深不斷增加，出現(xiàn)排屑不順，切屑堵塞，工件溫度升高，遂及時(shí)退出鉆頭，清理切屑后再進(jìn)行鉆孔，反復(fù)多次，效率頗低。越到鉆孔深處，重復(fù)次數(shù)多，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。擴(kuò)孔時(shí)選用φ50鉆頭，轉(zhuǎn)速選擇68r/min，擴(kuò)孔后期遇到同樣的問題，反復(fù)后退，清理切屑，降溫在進(jìn)刀，效率很低。

圖2 起鉆工作圖

鏜孔的主要問題是刀桿的剛度低，前期切削與孔壁相擠，擠壓刀桿，容易崩刀，加工強(qiáng)度大，背吃刀量ap=1～1.5mm，進(jìn)給量只能為0.08mm/r。切削用量稍大，就容易引發(fā)振動(dòng)，無法加工，刀具易崩刃，頻繁更換刀具費(fèi)時(shí)費(fèi)力，加工一個(gè)零件就需要占用很長的時(shí)間，無法按時(shí)完成加工任務(wù)。單件批量生產(chǎn)無法定制工具和夾具，只能從現(xiàn)有條件出發(fā)，改變加工工藝來提高生產(chǎn)效率，嘗試用分段切削法來加工該工件。加工流程如圖3：

圖3 分段切削法加工流程

分段切削法是將要加工的內(nèi)孔長度分為三段，第一段加工長度為250mm，第二段加工長度250mm，第三段車至600mm長度，每次車削包含鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔三個(gè)步驟，均留有精加工余量，當(dāng)三段粗加工完成后，需重新用杠桿千分表校正中心架附近的外圓表面，微調(diào)中心架使圓跳動(dòng)控制在0.01-0.02mm，范圍之內(nèi)，中心架重新調(diào)整好后，換用刀桿較粗的鏜孔刀精鏜內(nèi)孔到圖紙尺寸。

采用該方法后，前兩次的刀具先選用較短的鏜刀，切削用量如下表1：

表1 兩種加工工藝的切削用量

分段切削法使加工效率大大提高，顯著改善了刀具的剛性，加大了切削用量，第二次以及第三次鉆孔、鏜孔時(shí)，排屑冷卻情況都很順利。前兩次車削刀桿幾乎無振動(dòng)情況發(fā)生[4]。在最后使用長刀桿鏜孔時(shí)，也使用了一塊膠墊做墊鐵，對(duì)消除振動(dòng)有一些幫助。最終，通過以上方法，按時(shí)完成了加工任務(wù)。

4 結(jié)論

（1）在大孔徑深孔的加工中，要重點(diǎn)解決在零件加工中出現(xiàn)的排屑，冷卻，工件與刀具剛性差等問題;鉆深孔時(shí)有條件的可選擇槍鉆，內(nèi)排屑鉆等一些專用刀具夾具與設(shè)備來解決加工中出現(xiàn)的排屑，冷卻等問題;在鏜孔時(shí)主要解決工件與刀具剛性差，加工中容易發(fā)生振動(dòng)，無法繼續(xù)加工嚴(yán)重時(shí)發(fā)生崩刃，等問題，有條件的工件盡可能伸進(jìn)主軸里夾持，降低長徑比，或在工件端面架設(shè)中心架用來支承工件，鏜刀桿的在不影響加工的情況下直徑盡可能大點(diǎn)，這樣刀桿的剛性好，同時(shí)在不影響刀桿強(qiáng)度的情況下在刀桿上磨出水槽，可以使切削液流到刀具與零件的加工面，使刀尖冷卻充分，延長刀具的使用壽命。

（2）在單件、小批量、大孔徑深孔加工中，可以用分段切削的加工工藝來加工零件，可以有效地克服鉆孔時(shí)排屑不暢，鏜刀桿太長剛性差，切削加工條件差效率低等問題，用分段切削工藝加工可以使生產(chǎn)效率大為提高。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Michael Fitzpatrick，卜遲譯.機(jī)械加工技術(shù).科學(xué)出版社，2008.6.

[2]陳天亮.三軸數(shù)控車床對(duì)鈦材小深孔加工.加工技術(shù)與機(jī)床，2016.3.

[3]雙元制培訓(xùn)機(jī)械專業(yè)理論教材編委會(huì).機(jī)械工人專業(yè)工藝——機(jī)械切削工分冊(cè). 機(jī)械工業(yè)出版社，1997.8.

[4]靜恩鶴.機(jī)械工人專業(yè)工藝——機(jī)械切削工分冊(cè)車削刀具技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例.化學(xué)工藝出版社，2006.3.