薄壁深孔高精度套筒的加工与测量

图1 薄壁套筒

薄壁深孔零件加工难度大，特别是高精度套筒的加工更困难，我公司有一套筒零件如图1 所示。设计要求严格，加工精度高，产品开发初期由外协加工，存在问题较多，无法满足产品正常运转需要，公司决定自制。

1 工艺分析

该套筒为高速旋转零件，最高转速近20000r/min，设计要求动平衡极为严格，动平衡等级为G1级。外圆和各台阶孔同轴度越小越好，最好能控制在 0.01之内。该件号为整体结构，台阶孔为深孔，最深孔近900mm，长径比接近13mm。深孔切削时，振动、让刀、排屑困难、不易散热等现象使得加工难度较大，并且测量深孔、深孔与外圆的同轴度也很困难。

由于是整体结构，毛坯料采用圆钢，加工前坯料重达127kg，加工后仅剩20kg，不到原重量的六分之一。大量的金属被切削掉，因此变形严重。

2 工艺措施

针对以上问题，编制加工工艺时，从以下方面采取工艺措施。

采用多次热处理处理，消除加工应力和变形。
针对冷热加工交替，编制工艺时科学计算合理安排工序余量，使每道工序既留有余量，又不能余量太大，防止产生新的应力变形。
深孔粗半精加工，采用我公司比较成熟的后导向扩孔，孔一层层的扩大，层层导向。导向扩孔克服了深孔加工的振动和孔中心的偏斜。导向扩孔刀如图2 所示。

图2 导向扩孔刀

图3 刀座

图4 减震刀杆

图5 车床找正外圆测量法
深孔的导向扩孔只解决了孔的粗半精加工，要保证该件号制造成功，还是要解决各台阶孔的精车精磨。加工深孔的基准是外圆，加工外圆的基准是中心孔。编制工艺时考虑到孔口较大，不易保证孔口的圆度，因此需要多次镶配闷头。粗车后两端配闷头，以闷头中心孔为准粗磨外圆，然后半精加工孔，半精加工孔后配闷头，然后半精磨外圆，时效后配闷头精磨外圆，最后精车孔，精磨孔。
深孔车削时最大的问题是振动，防振减振为薄壁深孔套筒加工的关键。为此编制工艺采取以下几种措施。
1. 专用刀座将深孔刀具的刀柄做成圆柱形，用专用刀座将刀柄固定在车床的中拖板上，可以大大提高刀具的刚性(见图3)。
2. 采用减振刀杆精车孔时专门定做了防震结构的减振刀杆(见图4)。
3. 采用滚动中心架精车孔时为防止工件外圆与中心架的磨擦发热，应采用精密滚动轴承中心架。精车孔时冷却液要充分，防止工件发热引起新的变形。
4. 合理选用刀具几何参数选用主偏角为90°的小圆弧半径的可转位刀片，尽量减小背吃刀力。
5. 合理选用切削用量根据切削用量可转位刀片选用断屑性能好的槽形，保证深孔切削排屑顺利。
6. 选用高精度数控车床要求数控车床径向轴向跳动小，导轨直线度好，抗震性好。
深孔磨削
fd孔是配合孔，不仅精度要求高而且粗糙度低。我们采用加长磨头的深孔磨床加工，保证了尺寸精度和粗糙度。
深孔测量
1. 无公差要求的深孔尺寸，采用加长测量杆内径百分表测量。
2. 有公差要求的深孔尺寸，采用加长测量杆的气动量仪测量。
3. 外圆与孔的同轴度测量有三种方法：三座标测量法；车床找正外圆测量孔跳动测量法(见图5)；V形铁直线导轨测微头测量法。

经过努力多次改进工艺，薄壁深孔高精度套筒加工获得成功。经过试车达到设计要求。

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薄壁深孔高精度套筒的加工与测量

1 工艺分析

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