数控车床深孔镗削结构的分析与应用

摘要: 总结出了利用车床进行深孔镗削时，机床结构设计的各个要点，通过利用传统加工方法和前期试验进行分析论证，提出了一种长套管类工件深孔镗削的解决方案，也是一次大胆尝试，该方案既能满足车削的要求，又能弥补传统镗削的不足。

目前，利用数控车床卧式刀架镗削常规长度内孔已不再是什么难题，但往往会有一些长套管类工件的内孔加工，利用这种结构加工就无法实现了。常规工艺大都采用扩孔和镗孔，因工件固定而刀具运动，排屑和散热，尤其当工件要求粗、精工序在一序完成，或加工一定直径范围内的孔，常规工艺需要不同规格的镗刀，刀具数量多、换刀时间长、对刀次数多、辅助时间长、效率低，加工既有车削又有镗削要求的回转类工件时，这种传统加工方式更显劣势，若要提高效率，需定制专用设备，投资大、柔性差、生产准备时间长，产品更新时间长，财力物力浪费大。

根据以上问题我们对数控车床结构进行了优化升级，加工长套管类工件，不需多次装卸工件，更换刀具、辅具，能够一次装夹完成车削、深孔镗削的加工。操作省时、省力、换刀速度快，工件旋转，排屑方便，易散切削热，柔性大，产品更新方便。适用于液压、印刷、石油、工程机械等行业长套管类零件的加工。

1 、前期分析与试验

以卧式车床配置8 工位卧式刀架为例进行案例解析，根据长期加工的设计和加工经验得知，常规刀杆的最大镗削深度与刀杆直径有个比例关系叫做长径比，即最大镗削深度是刀杆直径的3 倍，如图1 所示。比如用60 mm 的刀杆镗削的最大深度就是180 mm，大于这个值在镗削时就会多多少少产生振刀，这个值越大振刀越严重。考虑到常规刀杆的刚性问题，现选用山特维克1: 7 的抗振刀杆，刀杆直径60 mm，可镗削420 mm 的深孔，镗孔直径90 mm，主轴转速恒定。切削试验参数见表1。

表1 切削试验参数表

从表1 数据中可以看出，当刀杆悬伸长度≥330mm 镗削就无法满足加工要求了，故使用该抗振刀杆镗削的最大深度为300 mm。

2 、结构改进分析

经过反复试验发现，镗削的深度不单单和刀杆的刚性有关，和切削相关的各种连接件都有或多或少的关系。所以我们从以下几个方面考虑: ( 1) 卡盘与工件之间的夹持刚性，镗削内孔时尾座无法使用，所以要尽量增强卡盘的夹持刚性，如增大受力面积，接触长度; ( 2) 回转刀架与滑板的联接刚性，如果它们之间的刚性不够，再好的刀杆也无计可施; ( 3) 回转刀架上刀盘的锁紧刚性，刀盘有较高的锁紧刚性，我们就可以忽略这个环节，可看成刀盘和刀架本体为一个整体; ( 4)镗刀座和刀盘之间的联接刚性，在满足刀具工位数要求的情况下，尽量选择工位少、刀盘对边大、刀盘厚度尽量厚的刀盘，因为这样可以增大镗刀座与刀盘的接触面积从而增加刚性; ( 5) 镗刀座与刀杆之间的夹持刚性，镗刀座与刀杆的传统夹紧方式是用刀座两侧螺钉顶刀杆外圆的扁面，如图2 所示，这种方式的刚性显然不是最好的; ( 6) 刀杆自身的刚性，刀杆自身的刚性是最重要的，传统刀杆的处理方式无外乎这么几项: 低碳合金钢渗碳淬火、整体淬火、加入液压油或做成锥形的等强度杆等，但要想镗削长径比达到1∶ 5 乃至1∶ 13 的话，传统方法就显得力不从心了。目前制作抗振刀杆较好的有德国和以色列的几家刀具商。

3、 应用实例

笔者单位承接中船重工集团某厂液压悬浮管的加工设备制造，该工件需要加工两端内、外螺纹，通长镗削内孔，工件外形如图3 所示，内孔形状很不规则，直径不断变化，无法使用镗床设备加工，车床镗削无疑是最好的加工方法。通过数控程序控制走刀轮廓，和前期的深孔镗削结构分析和试验，本次数控车床设计着重从以上6 点考虑，力保深孔镗削能一次成功。

从用户加工的要求来看，我们推荐一种多功能复合机床，既有数控车床自身的车削功能，又有深孔镗削功能。用户要求刀杆直径90 mm，最大镗深700 mm。

具体实施方案如下:

( 1) 根据理论计算和类比方法，保证机床主轴电动机功率足够，卡盘与工件之间的夹持刚性要强化，卡爪夹持长度200 mm，爪型设计成与工件直径相符的圆弧形，且卡爪为倒喇叭口型，保证卡爪夹持后全长度接触，如图4 所示。

( 2) 回转刀架本体加长、把合螺钉个数由8 个改为10 个，增大刀架与滑板的接触面积。

( 3) 镗刀座设计成割逢环抱的形式，且长度为270mm，即夹持长度为刀杆直径的3 倍，保持较高的夹持刚性，如图5 所示。

( 4) 在保证刀架回转惯量和速度不受太大影响的情况下，加大刀盘厚度值200mm，与刀座之间的把合螺钉由4 个M10 改为8 个M16，如图6 所示。

( 5) 将刀盘与刀架本体联接的鼠齿定位盘加大，增大刀盘的锁紧刚性。

( 6) 刀杆选用山特维克1: 10 的抗振刀杆，刀杆直径90 mm。

经过机床车削试验、深孔镗削试验，验证了以上方法的正确性，切削效果非常好，最大镗深850 mm，ap =2． 5 mm，f = 0． 4 r /min，机床切削正常，工件切削表面无振纹。机床多功能镗削刀架如图7 所示。

4、结语

本文通过利用传统加工方法和前期试验进行分析论证，提出了一种长套管类工件深孔镗削的解决方案，也是一次大胆尝试，该方案既能满足车削的要求，又能弥补传统镗削的不足，具有多功能复合型的特点。总结出了利用车床进行深孔镗削时，机床结构设计的各个要点。目前该机床已终验收完毕并交付用户使用，得到了用户的一致认可.

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。