普通車床深孔加工方法淺析

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摘要：深孔加工是機(jī)械加工常見工序，但是對(duì)于生產(chǎn)條件較差的企業(yè)只能借助普通車床開展深孔加工作業(yè)，而要想保證加工精度需要通過合理的方法進(jìn)行控制，對(duì)此，本文闡述了深孔加工概述，分析了普通車床具體深孔加工難度，提出了普通車床加工方法，并介紹了注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：普通車床；深孔加工；方法分析

在機(jī)械加工中，深孔加工屬于一道難題，主要體現(xiàn)在強(qiáng)度低、剛度差等方面，經(jīng)常發(fā)生錐形、直徑變大等問題，進(jìn)而無法滿足加工質(zhì)量要求。所以，在無深孔加工設(shè)備條件，進(jìn)行普通車床深孔加工過程中需要科學(xué)設(shè)計(jì)夾具與刀具等裝置。

1深孔加工概述

1.1深孔加深定義

對(duì)于深孔加工而言，主要指孔深和直徑比例為L/d≥5的加工孔。在現(xiàn)代機(jī)械加工中，一般選擇專用設(shè)備以及輔助工裝開展加工作業(yè)。主要特點(diǎn)就是勞動(dòng)強(qiáng)度低、質(zhì)量好以及效率高。然而在中小型企業(yè)與個(gè)體戶方面，通常不會(huì)采用這些設(shè)備，主要借助普通機(jī)床完成加工作業(yè)，選擇普通車床開展加工作業(yè)。比如加工長度115mm、φ12H7深孔時(shí)，由于孔壁較薄，通常會(huì)選擇φ11.9mm或是φ11.8mm鉆頭直接開展鉆孔處理，一次切削會(huì)產(chǎn)生大量熱量，由于消熱時(shí)間不夠充分，因此會(huì)造成變形問題，導(dǎo)致加工過程出現(xiàn)誤差。所以，為了充分降低殘余應(yīng)力與熱變形在精加工方面產(chǎn)生的影響，需要采用科學(xué)方法有效控制加工誤差，進(jìn)而有效保證加工精度。

1.2深孔加工發(fā)展

扁鉆是最早用于金屬深孔加工的刀具，誕生于10世紀(jì)。美國加工企業(yè)在1860年改進(jìn)了扁鉆，成為麻花鉆，為鉆工加工行業(yè)作出重要貢獻(xiàn)。美國、英國、德國的軍事工業(yè)企業(yè)在20世紀(jì)初發(fā)明單刀鉆孔刀具，由于在槍孔加工中具有廣泛應(yīng)用，所以又稱為槍鉆。海勒公司在1943年，研制了Beisner系統(tǒng)?，F(xiàn)代設(shè)備商會(huì)（法國）、孔加工協(xié)會(huì)（美國）、海勒公司（德國）、卡爾斯德特企業(yè)（瑞典）、維克曼公司（英國）在1945年之后成立了BTA協(xié)會(huì)，即深孔加工國際孔加工協(xié)會(huì)。經(jīng)過協(xié)會(huì)各個(gè)成員的共同努力，促使此種特殊加工方法獲得新發(fā)展，稱為BTA法，廣泛普及、應(yīng)用于世界各國。之后山特維克企業(yè)設(shè)計(jì)研發(fā)出能夠分屑多刃錯(cuò)齒與可轉(zhuǎn)位深孔鉆，促使BTA法獲得良好發(fā)展。在20世紀(jì)70年代，日本冶金公司研發(fā)的DF法選擇單管雙進(jìn)油系統(tǒng)，該方法對(duì)噴吸法和BTA法兩者優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，在小直徑、中直徑的內(nèi)排屑鉆削中具有廣泛應(yīng)用。在20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)，中北大學(xué)機(jī)械制造工藝研究所的研究人員研發(fā)出SIED深孔集成加工技術(shù)，在實(shí)踐活動(dòng)中獲得良好應(yīng)用。SIED技術(shù)對(duì)DF系統(tǒng)、噴吸法、BTA法與槍鉆等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了充分歸納總結(jié)，同時(shí)充分防止其缺陷前提現(xiàn)像形成的實(shí)用性與創(chuàng)新性加工技術(shù)。

1.3深孔加工的設(shè)備要求

對(duì)于深孔加工來講，具有加工作業(yè)量大以及難度高等特點(diǎn)，在深孔加工夾具、刀具、輔具以及機(jī)床等方面均提出較高要求。對(duì)于高壓冷卻液刃具的深孔加工機(jī)床，切削速度大，同時(shí)可以獲得嚴(yán)格公差與良好光潔度，并且在材料方面具有硬化冷作趨勢，因此與普通鉆削、鏜孔、鉸孔機(jī)床等普通機(jī)床來講，具有具備良好剛性與強(qiáng)度。（1）機(jī)床要求。第一，需要具備足夠剛度。內(nèi)排屑深孔鉆選擇大進(jìn)給量以及高轉(zhuǎn)速方式開展加工作業(yè)，具有較大的軸向力與扭矩，機(jī)床剛性在鉆頭耐用度與加工孔精度等方面具有較大影響。第二，機(jī)床電機(jī)的功率應(yīng)該充足。第三，進(jìn)給機(jī)構(gòu)需要具備良好可靠性與穩(wěn)定性。進(jìn)給平穩(wěn)，禁止出現(xiàn)爬行問題。機(jī)床進(jìn)給量應(yīng)該選擇無級(jí)調(diào)速方式，進(jìn)而在各種材料深孔加工作業(yè)中均具有良好適用性，通常進(jìn)給量保持在0.05mm/r～0.35mm/r內(nèi)，對(duì)于進(jìn)給機(jī)構(gòu)應(yīng)該盡量安裝過載保護(hù)裝置。第四，機(jī)床主軸在軸向躥動(dòng)方面應(yīng)該進(jìn)行有效控制。需要將主軸軸向躥動(dòng)波動(dòng)設(shè)置于允許范圍中，進(jìn)而對(duì)振動(dòng)問題進(jìn)行控制，防止出現(xiàn)打刀問題。第五，需要具有良好控制系統(tǒng)，比如超載安全系統(tǒng)、進(jìn)給量表以及主軸負(fù)荷表，進(jìn)而充分提高深孔加工可靠性。第六，機(jī)床主軸徑向跳動(dòng)范圍應(yīng)該在0.02mm以內(nèi)。（2）附件要求。第一，導(dǎo)向套與機(jī)床主軸的跳動(dòng)量應(yīng)該保持在0.02mm范圍內(nèi)，進(jìn)而保證其同軸度要求得到充分滿足。為了降低導(dǎo)向套與機(jī)床主軸之間同軸度出現(xiàn)誤差問題，應(yīng)該直接通過所有機(jī)床進(jìn)行導(dǎo)向套底孔加工作業(yè)。第二，工件與導(dǎo)向套距離應(yīng)該保持在1mm范圍內(nèi)，進(jìn)而確保鉆頭出鉆過程中冷卻液流量可以充分貫穿。第三，機(jī)床主軸和鉆桿聯(lián)結(jié)器之間在同軸度要求方面具有一定要求。特別在選擇鉆頭旋轉(zhuǎn)方式情況下，需要嚴(yán)格對(duì)聯(lián)結(jié)器進(jìn)行對(duì)中處理，進(jìn)而和機(jī)床主軸之間產(chǎn)生公共旋轉(zhuǎn)軸線。

2普通車床深孔加工難度

以鉆機(jī)油缸為例。第一，通過分析其孔深與孔徑數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)，開展車削作業(yè)過程中，內(nèi)孔刀桿長度大、直徑小，極易出現(xiàn)讓刀問題與振動(dòng)問題，同時(shí)極易出現(xiàn)鏈度誤差，對(duì)工件加工面精度與粗糙度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。第二，因?yàn)榭咨钶^大，所以缺乏輕松加入冷卻液，無法順利排屑，屑渣會(huì)導(dǎo)致加工表面被劃傷，對(duì)表面粗糙度產(chǎn)生影響，加劇磨損刀具。另外，因?yàn)殂@桿會(huì)對(duì)排屑空間產(chǎn)生限制問題，料芯會(huì)干擾套料鉆鉆孔，排屑條件非常惡劣，所以經(jīng)常采用強(qiáng)制排屑手段。第三，深口進(jìn)出口位置極易發(fā)生喇叭口以及波紋等現(xiàn)象，車削缺乏良好直線型，進(jìn)而影響加工精度。第四，開展鉆孔作業(yè)時(shí)，無法對(duì)刀具切削情況直接進(jìn)行觀察，開展加工作業(yè)時(shí)僅僅可以借助摸振動(dòng)、觀儀表、看切屑、聽聲音等方法，對(duì)切削過程的正常狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)判斷。第五，孔深徑比較大，而鉆桿細(xì)長，易振動(dòng)、剛性低，鉆孔過程中極易發(fā)生偏移問題，所以，支承導(dǎo)向具有重要作用。第六，不易散出切削熱，加工條件較為惡劣，需要選擇科學(xué)冷卻手段。第七，冷卻以及潤滑問題。鉆頭主要是基于半封閉環(huán)境下開展工作，所以無法有效向切削區(qū)注入切削液。工件與刀具之間具有較大摩擦，特別在長期不間斷切削過程中，會(huì)形成較高切削溫度以及高溫切削屑必須通過科學(xué)方法為鉆頭潤滑與冷卻提供良好保證，不然會(huì)導(dǎo)致鉆頭磨損問題更加嚴(yán)重。第八，切削導(dǎo)向問題。因?yàn)榈毒呒?xì)長、孔深較大，所以，深孔鉆剛度以及強(qiáng)度相比普通孔加工刀具更差，開展加工作業(yè)過程中，極易產(chǎn)生振動(dòng)與引偏，還會(huì)折斷鉆頭，因此需要對(duì)導(dǎo)向問題進(jìn)行有效處理。

3深孔加工的方法

3.1浮動(dòng)鏜刀桿與胎具制造

（1）合理制造浮動(dòng)鏜刀桿。選擇45鋼制造鏜刀桿，結(jié)合加工孔徑尺寸，基于排屑順暢考慮，需要盡量增加刀桿直徑尺寸，進(jìn)而提高刀桿剛性。第一，45鋼材料，毛坯尺寸為：φ35mm×755mm。第二，調(diào)質(zhì)作用，提高刀桿強(qiáng)度與韌性。第三，將兩端端面車平，總長度控制在750mm左右。第四，選擇φ9mm加長麻花鉆，由兩頭同時(shí)鉆通，為進(jìn)冷卻液提供保障。第五，上車床，裝夾兩頂針。粗車一段臺(tái)階，尺寸為長100mm、mm，掉頭再次車一段臺(tái)階，尺寸為長100mm、mm，車外圓φ32mm，余量為1.0mm。第六，精車外圓，尺寸為mm、mm、mm，與兩位0.5mm。第七，粗磨外圓，尺寸為mm、mm、mm，余量為0.2mm。第八，上銑床進(jìn)行進(jìn)水槽和缺槽銑削，尺寸分別為24×2mm、60×3mm，進(jìn)行倆進(jìn)水孔的鉆孔加工，尺寸為φ5mm，攻M5螺紋。第九，通過銑床與電火花線開展加工裝刀槽切割作業(yè)。刀槽和刀頭之間配合為30H7/g6、15H7/g6，保證刀頭能夠在刀具中自由活動(dòng)。進(jìn)行鏜削過程中，借助對(duì)稱刀刃中切削力對(duì)其切削位置進(jìn)行自動(dòng)平衡處理，進(jìn)而降低表面粗糙度。提高孔徑精度。第十，精磨。mm、mm、mm到達(dá)尺寸規(guī)范，粗糙度是Ra1.6?？梢猿浞痔岣叩稐U同軸度、刀桿和裝刀孔對(duì)稱度。第十一，在mm外圓的一端進(jìn)行M12—20內(nèi)螺紋孔攻鉆，在mm外圓一端進(jìn)行M8—20內(nèi)螺紋攻鉆。其中，M12—20與進(jìn)水接頭連接，M8—20內(nèi)螺紋與刀桿導(dǎo)向套連接。第十二，刀頭選擇P01硬質(zhì)合金刀片，對(duì)于鏜刀刀頭的切削刃導(dǎo)向角為8°～10°，修光刃長度足夠，進(jìn)而充分控制表面粗糙度以及獲得光滑表面。前角在14°左右，后腳在5°左右，斷屑槽設(shè)計(jì)為3mm，進(jìn)而保證切屑足夠細(xì)小，以便排出。（2）制造胎具。選擇球磨鑄鐵QT400-18材料制造。第一，鑄造毛坯。第二，上車床將毛坯中間部分夾住，進(jìn)行外圓加工，尺寸為φ220mm，將斷面車平。第三，車削尺寸為φ150×153mm的內(nèi)控，同時(shí)內(nèi)外圓斷面車倒角，尺寸為2×45°。第四，掉頭將φ220mm外圓夾住，將斷面車平同時(shí)對(duì)總長尺寸進(jìn)行控制，粗車φ100mm、φ120mm、φ180mm的外圓，余量為1.0mm，對(duì)各個(gè)階臺(tái)長度進(jìn)行控制。第五，粗車內(nèi)控，尺寸為φ37.9mm；粗車錐孔，角度為2.58°，余量為1.0mm。第六，通過內(nèi)槽刀加工φ65×60mm的槽。第七，精車錐孔與內(nèi)孔mm，達(dá)到尺寸要求。第八，精車外圓φ220mm、φ100mm、φ120mm、φ180mm，達(dá)到尺寸要求。第九，車M100×2的外螺紋。第十，通過銑床銑削兩個(gè)缺口，分別為60×45mm與100×100mm,前者便于裝刀，后者便于導(dǎo)向套安裝。

3.2導(dǎo)向套

可以選擇45鋼材料的導(dǎo)向套，主要作用對(duì)工件和刀具的相對(duì)位置進(jìn)行確定。可以發(fā)揮導(dǎo)入支承效能，充分提高切削過程平穩(wěn)性，導(dǎo)向套的內(nèi)孔和刀桿配合之間配合是φ20H7/f6，導(dǎo)向套的外圓和胎具體孔之間配合是φ37.9H7/f6。

3.3彈性夾頭

采用球墨鑄鐵QT400-18材料，根據(jù)尺寸要求通過車床進(jìn)行加工，之后通過銑床進(jìn)行銑槽加工，尺寸5×17mm，數(shù)量4條，可以提高工件裝卸便捷性，同時(shí)可以保證工件不會(huì)出現(xiàn)變形與夾傷問題。3.4鎖緊螺母采用QT400-18材料進(jìn)行加工。3.5冷卻以及潤滑對(duì)于深孔加工來講，冷卻潤滑液具有防銹、沖洗減振、潤滑、冷卻等作用。其能夠充分控制切削區(qū)中工件、刀具、切屑之間的摩擦，降低熱量產(chǎn)生，另外，能夠帶走一定切削熱，有效降低切削溫度。因此，切削潤滑液質(zhì)量對(duì)于深孔加工質(zhì)量的影響較大。需要保證其流動(dòng)性良好、黏度小，進(jìn)而對(duì)孔壁與刀桿之間切屑進(jìn)行快速?zèng)_洗，在臟切削液流至聚液箱之后，可以保證切屑快速下沉。比如，加工鉆機(jī)油缸過程中，因?yàn)樾枰獙?duì)加工表面與潤滑刀頭進(jìn)行充分潤滑與冷卻，還需要順利排出鐵屑，難度較大。精鏜孔過程中，通過刀桿中心將冷卻液注入其中，冷卻液可以選擇乳化切削液，其流動(dòng)性與滑動(dòng)性能均較為突出。水泵壓力設(shè)計(jì)為0.06Mpa，流量設(shè)計(jì)為25L/min。冷卻液可以直接打到加工表面，促使刀頭與加工表面獲得有效潤滑與冷卻，同時(shí)基于水壓作用順利排出切屑，為浮動(dòng)鏜刀創(chuàng)造良好加工環(huán)境，進(jìn)而充分保證加工表面粗糙度與精度滿足要求。

4加工過程

第一，將兩端面車平，并預(yù)留1mm，孔兩端進(jìn)行2×30°倒角設(shè)置，借助兩頂尖裝夾進(jìn)行外圓粗車，單邊余量為0.5mm。第二，將一端夾住，并借助中心架將另一端托住，選擇常用鉸刀對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行粗車處理，長度為總長度的一般，單邊余量為0.5mm。第三，掉頭，對(duì)余下孔長進(jìn)行粗車處理，內(nèi)孔的單邊余量為0.5mm。第四，對(duì)兩端面進(jìn)行精車處理，同時(shí)對(duì)工件總長度進(jìn)行控制，兩端孔口的倒角為2×30°。第五，通過梁頂針裝夾對(duì)缸體外圓進(jìn)行精車處理，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。第六，借助四爪將外圓夾住，并進(jìn)行找正處理，借助中心架將其拖住進(jìn)行精車加工，粗糙度是Ra3.2，余量是0.2mm。第七，掉頭并重復(fù)第三道工藝，對(duì)另一半內(nèi)孔進(jìn)行加工處理，粗糙度是Ra3.2，余量是0.2mm。第八，浮動(dòng)鏜削。①選擇四爪將胎具夾住，同時(shí)借助百分表進(jìn)行校正處理。②對(duì)主軸和刀桿中心同軸度進(jìn)行校正。③在胎具體的φ37.9mm孔中放置導(dǎo)向套。④在彈性夾頭中安裝工件，之后向胎具錐孔中放置工件與彈性夾頭，將鎖緊螺母擰上，借助中心架將其拖住。⑤向工件孔中插放鏜刀桿，同時(shí)對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)向套的內(nèi)孔。⑥將5mm墊片墊入導(dǎo)向套前端，借助M8螺栓向刀桿內(nèi)螺紋旋入，對(duì)刀桿與導(dǎo)向套進(jìn)行定位處理。⑦安裝精鏜刀頭，封尾兩次開展鏜削處理。第一次的切削用量如下，ap=0.05mm、f=0.1mm/r、vf=5m/min。第二次切削用量為ap=0.055mm、f=0.05mm/r、vf=5m/min。加工之后，孔表面以及粗糙度滿足圖紙要求，其他方面技術(shù)指標(biāo)也滿足圖紙要求。選擇該工藝開展加工作業(yè)，僅僅采用普通車床與簡單工具夾即能夠有序根據(jù)圖紙要求進(jìn)行長徑比較大的深孔加工作業(yè)，同時(shí)無需選擇專用夾具，尤其在小批量產(chǎn)品加工方面，具有良好經(jīng)濟(jì)效益。

5注意事項(xiàng)

（1）需要積極開展普通車床保養(yǎng)和維護(hù)工作，應(yīng)該以其構(gòu)成情況為切入點(diǎn)，可以從班前檢查、保持潤滑度、通電運(yùn)行等方面開始，同時(shí)還需要在班后對(duì)機(jī)床清掃、電源氣源、開關(guān)、機(jī)械、液壓手柄等工作加以重視，做好相關(guān)工作，并認(rèn)真檢查。同時(shí)還應(yīng)該開展周期性維保工作，針對(duì)不同部位展開針對(duì)性、細(xì)致化維保。因?yàn)槠胀ㄜ嚧驳谋ｐB(yǎng)、維護(hù)以及維修工作具有較強(qiáng)專業(yè)性，因此開展實(shí)際應(yīng)用與維護(hù)過程中，需要安排專業(yè)人員開展相關(guān)工作，避免由于專業(yè)技能不足對(duì)機(jī)器造成損壞。（2）浮動(dòng)鉸刀設(shè)計(jì)。通過實(shí)踐證明，擴(kuò)孔可以對(duì)位置精度進(jìn)行糾正，但是鉸刀鉸孔僅可以保證形狀與尺寸精度、降低孔表面的粗糙度，然而無法對(duì)位置精度進(jìn)行糾正，在機(jī)床發(fā)生振動(dòng)問題時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致加工的孔出現(xiàn)橢圓問題。在深孔形狀與尺寸精度具有較高要求時(shí)，同時(shí)對(duì)于表面粗糙度并無較高要求情況下，為了防止出現(xiàn)橢圓問題，可以進(jìn)行具備自動(dòng)定心性能的浮動(dòng)鉸刀設(shè)計(jì)。比如，選擇φ12H7直柄鉸刀，為了保證鉸刀具有良好浮動(dòng)效果，進(jìn)行輔助夾具設(shè)計(jì)，其安裝口應(yīng)該比鉸刀夾持柄部超出2mm～3mm。（3）對(duì)尾座軸線進(jìn)行合理調(diào)整。開展真空加工之前，應(yīng)該對(duì)尾座套筒的軸線進(jìn)行合理調(diào)整，保證其重合于主軸軸線，盡量將同軸度控制在0.02mm范圍內(nèi)，進(jìn)而充分保證真空加工過程中孔位置精度。（4）科學(xué)確定切削液。開展深孔加工過程中，切削液和深孔表面粗糙度等方面具有緊密關(guān)聯(lián)。通過實(shí)踐證明，基于非水溶性切削液以及干切削開展深孔加工過程中，孔徑會(huì)超出實(shí)際直徑，其中干切削的差異性最為突出。但是借助乳化液以及其他水溶性切削液，可以減少孔徑。所以，選擇新刀具開展加工作業(yè)過程中，可以選擇15%乳化液用于切削液，可以對(duì)此種深加工孔進(jìn)行有效控制。若是深孔加工具有較高要求，應(yīng)該選擇70%肥皂水與30%菜油。還可以選擇機(jī)油+柴油。

6結(jié)語

綜上所述，借助簡單工藝裝置，通過普通車床進(jìn)行深孔加工，具有經(jīng)濟(jì)適用特點(diǎn)，對(duì)于個(gè)體化與中小型機(jī)械加工企業(yè)具有良好實(shí)用價(jià)值?？茖W(xué)選擇工裝夾具、加工工藝等，開展高精度深孔加工作業(yè)具有良好可行性，有利于提升小批量生產(chǎn)與專用設(shè)備不足加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

作者:葉正軍 單位:江蘇省無錫技師學(xué)院