談如何提高銷孔的鏜削精度

摘要：介紹了利用鏜床進行高精度銷孔加工的技術，根據精鏜銷孔工序的加工特點，從設備、刀具系統等方面分析了影響銷孔加工精度的主要原因，并提出了相應的改進措施，該加工方法已經在生產實踐中得到了應用。

關鍵詞：高精度；銷孔加工；應用

近年來，隨著制造業的飛速發展，零件和產品的加工制造精度不斷得到提高，尤其是對內燃機活塞上銷孔的加工，其形狀、尺寸精度以及表面要求都很高，按相關國家標準的相關規定，其銷孔的圓柱度應為5級，要求2mm～3mm；尺寸公差為IT5，一般為4mm～8mm；粗糙度一般為Ra 0.4mm。在大批量生產的條件下，銷孔加工要想達到這樣的高精度要求，就需要在其刀具工藝上采取一定的修改措施才能滿足生產加工的要求。為此，我采用了以下措施來保證和提高銷孔加工的各項技術要求。

一、 盡量減少鏜床的振動

鏜孔時，由于機床自身的振動以及外來的振動都會明顯地影響到所鏜銷孔的圓度，為此，可以采取以下措施：

1. 在床身與地面接觸部位安裝4個減震墊，可使銷孔圓度得到改善

經過試驗，銷孔圓度可提高0.3mm～0.4mm。

2. 加固安放機床的地基

深挖地基，把地基的混凝土層厚度加深，并用減震材料把鏜床地基與周圍地面隔開，防止周圍機床的振動傳給鏜床。

二、 對鏜孔刀具系統的改進

在設備精度、配置一定的條件下，要提高銷孔的加工精度、滿足使用要求，刀具系統是關鍵。為此，我們從以下幾個方面進行分析改進：

1. 對鏜桿的改進

(1)鏜桿的設計制作。首先，由于精鏜銷孔是高速切削加工，輕微的振動將直接影響活塞銷孔的表面粗糙度，因此，在鏜桿設計制作時，要求鏜桿與主軸的同軸度小于0.01mm，且整個鏜桿各部外圓都要進行磨削加工。這樣就保證了鏜桿在高速轉動中的平衡、減少了振動，消除了鏜桿本身的影響因素。其次，刀孔的位置也直接影響裝夾后刀具的加工角度，因此在鏜桿設計時，要求刀孔中心經過鏜桿中心或刀孔中心偏離鏜桿中心一定距離，且刀孔中心垂直于鏜桿軸線，保證裝夾后刀具的加工角度；同時，給定相應各部的形位公差，減少因鏜桿替換引起銷孔加工表面粗糙度的變化。最后，用于銷孔加工的鏜桿一般懸臂較長，因此鏜桿必須進行穩定強化熱處理，這樣可以提高鏜桿的強度、剛性，減少鏜桿的受力變形，提高活塞銷孔表面粗糙度水平。

(2)鏜桿材料的選擇。由于影響銷孔質量好壞的關鍵在于銷孔精鏜刀桿的顫振。在鏜削銷孔時，鏜桿的長徑比一般都大于5，個別甚至達到10。鏜桿在加工過程中，受彎曲、扭轉和壓縮載荷的共同作用，會產生振動，尤其在加工直徑φ15mm以下的銷孔時，由于鏜桿的直徑較小，其震顫尤為明顯。我們曾經在加工直徑φ8mm的銷孔時，由于鏜桿的直徑太小，鏜桿的顫振較大，使得加工出的銷孔，有一半左右達不到規定的表面粗糙度和圓柱度。

我們常用的鏜桿材料是45#鋼，其彈性模量E=196～216GPa，對于直徑大于φ15mm的銷孔，其力學性能還能滿足銷孔的加工要求；對于直徑較小的銷孔，我們就要尋找彈性模量大的材料。硬質合金(YG8)的彈性模量E=600～610GPa，顯然，硬質合金鏜桿剛度遠大于鋼質合金鏜桿，但其缺點是不易加工。所以，我們可在鏜桿的前端焊接上一段45鋼，以便加工裝夾刀具的通孔和螺孔。

我們將用兩種刀具加工φ8mm銷孔的結果進行了對比，結果表明，在相同加工條件下，硬質合金鏜桿的加工效果比普通45#鋼鏜桿要好得多。

(3)鏜桿的結構。鏜桿工作時不僅受到靜態力的作用，同時還有斷續切削、材質硬度不均勻、鏜桿自身不平衡和切削過程中自激振動等所引起的沖擊力或交變力的干擾，因此要求鏜桿不僅具有一定的靜剛性，還要具有足夠的抗振性。當切削力與鏜桿自身重量之比較大時，在切削過程中很容易自激振動，特別是在加工直徑小于φ15mm的銷孔時，這種現象更加嚴重。

由于硬質合金不易加工且成本高，我們可在不采用硬質合金鏜桿的情況下，通過對45#鋼鏜桿增加配重，加大自身重量，減少自振。

2. 對刀具和切削參數的改進

(1)刀具的材料與角度。目前，精鏜銷孔的刀具大都由硬質合金刀具換成了金剛石刀具，鏜孔質量有了明顯的改善。但由于人造金剛石硬度高，加工難度大，所以經過多次試驗，我們選定了刀具的主要技術參數：刀尖圓孤R 0.5mm～1mm，刀具前角為5°，刀具后角、副后角分別為12°和8°，刀具韌帶寬0.2mm，刀具前后刀面粗糙度Ra 0.1mm。在30倍放大鏡下觀察，刀刃無缺口裂紋。使用按此幾何角度加工好的刀具鏜削銷孔，加工后測量銷孔圓度小于0.003mm，表面粗糙度小于Ra 0.4mm。

相同條件下，采用上述改進后的刀具加工銷孔時，刀具壽命可達到20 000件，是硬質合金刀具的50多倍。加工的表面粗糙度由原來的Ra 0.4mm～Ra 0.8mm降低到Ra 0.2mm～Ra 0.4mm。每班可以減少裝卸刀具、刃磨刀及調整刀具等輔助時間30min。由此可見，使用改進后的刀具不僅在加工質量上有了明顯的提升，而且使生產效率大大提高。

(2)切削參數。為了保證銷孔的圓柱度、尺寸公差、粗糙度，鏜削銷孔時的工藝參數也很重要。經過多次試驗，我們總結出了適合自己設備的切削參數，精鏜銷孔必須是高速切削，主軸轉數在3 000r/min左右；走刀不能太快，進給量在0.05mm～0.07mm/r之間；精刀的切削深度控制在0.02mm～0.05mm之間，可干切削。按以上參數加工，基本能達到產品規定中對銷孔的各項要求。

綜上所述，影響銷孔精度及表面粗糙度的因素是綜合性的。在生產過程中，只要注意到存在著以上幾個方面的因素，采取相應的措施，就可保證在大批量的生產過程中、精鏜銷孔工序中，鏜出銷孔的圓柱度、尺寸公差、粗糙度等項目完全能達到相關技術要求。

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(新鄉市技師學院)