薄壁深孔零件在臥式數(shù)控車(chē)床上的加工方法

　　摘要：薄壁深孔零件加工時(shí)由于變形大，導(dǎo)熱排屑性差，不僅加工效率低，加工精度也難以保證。文章通過(guò)設(shè)計(jì)專用夾具和刀具，結(jié)合數(shù)控車(chē)床的優(yōu)點(diǎn)，較好地解決了薄壁深孔零件難加工的問(wèn)題。
　　關(guān)鍵詞：薄壁深孔；數(shù)控車(chē)；加工方法
　　
　　薄壁深孔零件加工由于排屑導(dǎo)熱困難，加工變形大，對(duì)刀具剛性要求高，加工難度較大。特別是高精度套筒加工，由于其設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格，采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行加工，不僅加工質(zhì)量難以保證，其加工效率也較低。
　　衡陽(yáng)財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)習(xí)工廠有一批套筒零件（如圖1），最初采用普通車(chē)床或臥式鏜床進(jìn)行加工，不僅耗時(shí)費(fèi)力，廢品率也一直居高不下，難以滿足用戶的需要。
　　針對(duì)這一問(wèn)題，本文在總結(jié)原先一些深孔加工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，嘗試在數(shù)控臥式車(chē)床采用適應(yīng)的夾具和刀具，選用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速及進(jìn)給量，進(jìn)行車(chē)削，其結(jié)果使加工精度和加工效率均令人滿意，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。
　　
　　一、工藝分析
　　
　　該套筒為高速旋轉(zhuǎn)零件，工作時(shí)最高轉(zhuǎn)速接近15000r/min，設(shè)計(jì)要求動(dòng)平衡極為嚴(yán)格。外圓和各臺(tái)階孔同軸度要求較高，需控制在0.01之內(nèi)。該零件為整體結(jié)構(gòu)，臺(tái)階孔為深孔，最深孔近900mm，長(zhǎng)徑比接近11mm。深孔切削時(shí)，振動(dòng)、讓刀、排屑困難，不易散熱等現(xiàn)象使得加工難度較大，并且深孔測(cè)量、深孔與外圓的同軸度保證也很困難。
　　
　　由于是整體結(jié)構(gòu)，毛坯料采用45#圓鋼，加工前坯料重達(dá)120kg，加工后僅剩18kg，不到原重量的六分之一。大量的金屬被切削掉，因此變形嚴(yán)重。工件原來(lái)是在普通車(chē)床上加工，精加工時(shí)要求一次完成內(nèi)孔及內(nèi)球面的車(chē)削，在加工過(guò)程中不允許換刀。刀桿直徑只能做到φ60mm。由于刀桿細(xì)長(zhǎng)、剛性不足、強(qiáng)度低，在加工中刀桿產(chǎn)生振動(dòng)較大，極易產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，孔壁的粗糙度值嚴(yán)重超標(biāo)，生產(chǎn)效率低，加工質(zhì)量難以保證。
　　如果將刀桿直徑增大，則在加工內(nèi)孔時(shí)，刀桿與孔壁間隙太小，引起排屑不暢，造成堵塞，冷卻潤(rùn)滑液進(jìn)入困難，刀具磨損加劇，從而影響加工精度。
　　為了滿足生產(chǎn)需要，使工件加工質(zhì)量保持穩(wěn)定，提高生產(chǎn)效率，解決數(shù)控車(chē)床加工深孔的不足，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種車(chē)削深孔的專用刀具，可在數(shù)控車(chē)床上進(jìn)行深孔加工。
　　
　　二、刀夾具選用
　　
　　設(shè)計(jì)專用刀具應(yīng)該在能使切屑順利排出的前提下，盡量提高刀桿的強(qiáng)度和剛度，避免加工過(guò)程中刀桿的振動(dòng)，確保加工精度，并實(shí)現(xiàn)刀具的旋轉(zhuǎn)，達(dá)到車(chē)削內(nèi)表面的功能。
　　深孔粗半精加工，采用比較成熟的后導(dǎo)向擴(kuò)孔，孔一層一層地?cái)U(kuò)大，層層導(dǎo)向。導(dǎo)向擴(kuò)孔克服了深孔加工的振動(dòng)和孔中心的偏斜。導(dǎo)向擴(kuò)孔刀如圖2所示。
　　深孔車(chē)削時(shí)最大的問(wèn)題是振動(dòng)，防振、減振是薄壁深孔套筒加工的關(guān)鍵。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種專用刀座，專用刀座將深孔刀具的刀柄做成圓柱形，用專用刀座將刀柄固定在車(chē)床的中拖板上，大大提高了刀具的剛性（見(jiàn)圖3）。
　　為了減少精車(chē)孔時(shí)的刀具震動(dòng)，我們專門(mén)定做了防震結(jié)構(gòu)的減振刀桿（見(jiàn)圖4）。
　　
　　刀具幾何參數(shù)選用主偏角為90°的小圓弧半徑的可轉(zhuǎn)位刀片，盡量減小背吃刀力。
　　
　　三、機(jī)床的選擇
　　
　　機(jī)床的選擇首先要考慮其機(jī)床的精度，因襯套的兩只深孔是最后的成形尺寸，同時(shí)工件的壁薄容易引起變形，所以，要在車(chē)床的新舊程度、導(dǎo)軌的精度、機(jī)床的振動(dòng)、主軸的跳動(dòng)等多方面進(jìn)行考慮。綜合考慮以上因素，我們選用徑向軸向跳動(dòng)小、導(dǎo)軌直線度好、抗震性好的CK6140數(shù)控車(chē)床。
　　
　　四、加工方法
　　
　　為保證加工精度，加工時(shí)我們工藝上采用了以下幾項(xiàng)措施：
　　第一，深孔的導(dǎo)向擴(kuò)孔只解決了孔的粗半精加工，要保證制造成功，還要解決各臺(tái)階孔的精車(chē)。加工深孔的基準(zhǔn)是外圓，加工外圓的基準(zhǔn)是中心孔。在工藝安排時(shí)考慮到孔口較大，不易保證孔口的圓度，我們采用多次鑲配悶頭的方法。粗車(chē)后兩端配悶頭，以悶頭中心孔為準(zhǔn)粗精車(chē)外圓，然后半精加工孔，繼而配悶頭，半精車(chē)外圓，時(shí)效后配悶頭精車(chē)外圓，最后精車(chē)孔。
　　第二，經(jīng)粗車(chē)內(nèi)孔、外圓后，在工件兩端法蘭上建立找正基準(zhǔn)。為解決工件剛性差的問(wèn)題，避免裝夾變形，工件通過(guò)定位工裝和中心架進(jìn)行固定。
　　第三，采用滾動(dòng)中心架精車(chē)孔時(shí)，為防止工件外圓與中心架的摩擦發(fā)熱，采用精密滾動(dòng)軸承中心架。精車(chē)孔時(shí)冷卻液要充分，防止工件發(fā)熱引起新的變形。
　　第四，根據(jù)切削用量可轉(zhuǎn)位刀片選用斷屑性能好的槽形，保證深孔切削排屑順利。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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