深孔内球面加工

图1 工件

刀具设计

设计专用刀具应在能使切屑顺利排出的前提下，尽量提高刀杆的强度和刚度，避免加工过程中刀杆的振动，确保加工精度，并实现刀具的旋转，达到车削内球面的功能。

按照工件的深度和内孔直径，根据曲柄连杆机构的原理，设计的车削深孔内球面专用刀具如图2所示。刀杆直径110mm，长度约2000mm。

1.车刀 2.旋转体 3.连杆 4.刀座 5.刀杆 6.拉杆轴

7.封板 8.定位轴、轴套、螺母、垫圈 9.销轴

图2

车削深孔内球面的专用刀具主要由刀杆、刀座、封板、拉杆轴、连杆、旋转体等组成。刀杆、刀座、封板焊接成刚性体，拉杆轴可以在刀座与封板的内孔中自由滑动。拉杆轴与连杆，连杆与旋转体通过销轴连接，旋转体与刀座通过定位轴、轴套进行连接。各连接件之间均采用滑动配合。

为避免在车削内球面过程中，连杆机构出现死点，在组装专用刀具时应将旋转体向前偏斜一个角度。

加工方法

工件焊接后进行消除内应力处理。经粗车内孔、外圆后，在工件两端法兰上建立找正基准。为解决工件刚性差的问题，避免装夹变形，工件通过定位工装和中心架进行固定。

用卡盘将定位工装卡住，按工件法兰外圆配车定位止口后，利用止口定位将工件用螺栓固定在定位工装内，并用两个中心架支承工件。

将专用刀具装在刀杆安装座内，利用刀杆安装座的开口槽将专用刀具固定。并将刀杆安装座固定在车床的刀架上。连接座固定在尾座轴的端面上，拉杆轴通过定位销与连接座铰接。

车削内球面时，转动车床尾座的操作手柄，利用尾座套筒的轴向运动，通过固定在尾座套筒上的连接座使拉杆轴沿轴向移动，拉杆轴推动连杆，连杆带动旋转体上的车刀绕定位轴转动，从而完成车削深孔内球面。加工示意见图3。

1.机床主轴箱 2.三爪卡盘 3.定位工装 4.固定螺栓 5.工件 6.专用刀具

7.中心架 8.刀杆安装座 9.机床刀架 10.链接座 11.尾座套筒 12.机床尾座

图3 加工示意图

车削时，在工件孔口进行对刀，可以控制内孔及内球面的尺寸。深度尺寸是通过测量内深并用车床大拖板的刻度值来进行控制。

冷却润滑液采用硫化切削液。冷却液的输送管通过刀杆并固定在刀座上，使冷却润滑液直接从刀座喷向车刀，并将切屑从工件内孔冲出。

为避免切屑成带状缠绕在车刀上，拉伤孔壁，根据精车时的切削用量在车刀上磨出合适的断屑槽，控制断屑效果。

精车时刀片材料选用YW1，主轴速度20r/min，进给量0.15mm/r，吃刀深度0.25mm。要保持车刀锋利，增强刀头的强度，改善散热条件，减小摩擦和由此而引起的加工硬化趋势，车刀还应具有合理的切削角度。

加工时随时观察切屑的形状和颜色，注意排屑的情况，以及加工时刀具在深孔中发出的声响，用手触摸刀杆观察其振动情况。如出现反常现象，应立即进行检查，并采取措施予以解决。

结论

在普通车床上通过专用刀具，实现了深孔内球面的车削。不仅生产效率高，加工成本降低，而且加工质量可以得到保证。

加工深孔内球面的专用刀具结构简单，使用方便，加工尺寸可以调节，适用范围较大。可为解决类似问题提供参考。

      中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 阎可明

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