裝配式組合深孔鉆加工中幾點(diǎn)問(wèn)題的研究

摘要：L—Z217~2000深孔鉆床在鉆深孔作業(yè)時(shí)，卷屑容易纏繞在刀具上，并將刀具擠死，甚至撞彎刀桿，增加凈誤差，提高熱誤差，導(dǎo)致工件報(bào)廢，并給工作人員和機(jī)床操作人員帶來(lái)工作危險(xiǎn)，本文針對(duì)這種情況，結(jié)合對(duì)切削理論系統(tǒng)分析，確定了通過(guò)引進(jìn)并裝配式復(fù)合刀具進(jìn)行切削試驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際對(duì)L—Z217~2000深孔鉆床進(jìn)行改良的嘗試和探討從而決定刀具最佳幾何參數(shù)以及最理想的工藝系統(tǒng)、切削參數(shù)，有效改善并解決了斷屑、排屑的處理和刀片磨損嚴(yán)重的問(wèn)題。從而改良切削工藝，提高刀具壽命，節(jié)約了加工成本，提高產(chǎn)品加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：深孔鉆削 扁鉆 切削參數(shù)

0 引言

L—Z217x2000臥式深孔鉆床一般裝配傳統(tǒng)“外排屑高速鋼扁鉆”。加工中由于有時(shí)斷屑不夠靈敏。經(jīng)常生成帶狀切屑并發(fā)生帶狀切屑纏繞到刀具上擠死刀具甚至撞彎刀桿，致使工件報(bào)廢和為工作人員帶來(lái)安全隱患。為了避免這種現(xiàn)象和改善斷屑情況，嘗試了引進(jìn)了美國(guó)肯納公司裝配式組合刀具，但是投入使用后發(fā)現(xiàn)刀具磨損嚴(yán)重。而且因?yàn)闊o(wú)法打磨機(jī)夾鍍鈦合金刀塊的刀刃，在刀頓的時(shí)候只能更換新刀塊．增加了加工成本昂貴，本文主要在提高刀具壽命和合理使用刀具展開(kāi)討論。

1 思路與方法

通過(guò)結(jié)合理論分析與實(shí)際工藝試驗(yàn)，對(duì)工藝進(jìn)行探索和改進(jìn)并針對(duì)性地對(duì)新形刀具的斷屑、排屑原理及其過(guò)度磨損原因進(jìn)行分析，并且進(jìn)行改進(jìn)。主要步驟分為：①刀具幾何結(jié)構(gòu)及鉆削作業(yè)過(guò)程中的所受外力的力學(xué)分析：②判定刀具以何種形式磨損：③在不同切削參數(shù)下進(jìn)行試驗(yàn)并記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；④得出結(jié)論，制定相應(yīng)改進(jìn)措施和方案。

2 理論分析

2.1 刀具的幾何結(jié)構(gòu)和所受外力分析

新引進(jìn)的進(jìn)口刀體鉆頭裝配有“鍍鈦層的硬質(zhì)合金”刀塊。如圖1。

新型裝配式刀具在幾何結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于結(jié)合了麻花鉆和深孔扁鉆的組合刀具。在刀體中心處安裝了定心鉆（直徑為10）可承受部分切削力并提高定位精度，然后在刀體的左右兩側(cè)呈不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的裝有4片硬質(zhì)合金。通過(guò)刀體對(duì)刀片產(chǎn)生夾持和定位作用當(dāng)硬質(zhì)合金刀片磨損后，可通過(guò)調(diào)整頂絲和楔塊延伸刀片，刀片則可以再次使用使用；由于兩側(cè)刀片的排列相對(duì)于幾何中心并不對(duì)稱，使切屑在兩側(cè)受力不均勻，易于斷裂而形成較小的切屑，使排屑順暢的同時(shí)非對(duì)稱排列還可以使切削時(shí)的徑向力在刀刃上的徑向力也可以得到較合理的平衡，散熱條件好也相對(duì)改善，使熱誤差減小，如圖2。切削刀刃是兩側(cè)斜中間高的結(jié)構(gòu)。切削時(shí)切削刀中間部分的切削刃先于兩側(cè)的兩組切削刃接觸待加工面。使兩個(gè)切削刃沿著兩方向和一定的角度進(jìn)行切削加工，加工時(shí)由于切屑卷曲方向不同因此在兩個(gè)方向上同時(shí)受力不斷撕扯，即從切削刃刀尖部分分屑。切屑彎曲至刀體后，與另一片彎曲的切屑以及刀體碰撞受力使切屑相互擠壓。在擠壓與撕扯兩種不同方向的力的同時(shí)作用下，起到斷屑的作用和效果。

定心麻花鉆結(jié)構(gòu)如圖3：由緊釘螺釘固定在刀體上，由于其直徑小，散熱差，因此鉆頭端部水孔保證冷卻液直接冷卻，切削刃刀體兩側(cè)亦加工出類似排屑槽的形狀，可加速切屑的流動(dòng)，易于使切屑緊貼鉆心排出。利于冷卻液的順暢流動(dòng)。鉆削時(shí)，定心麻花鉆首先開(kāi)始切削，118°鋒角保證其良好的加工導(dǎo)向性，鉆因受到了比兩側(cè)軸片更大的軸向載荷，可以改善切削刀片的工作條件。

2.2 刀具磨損分析 由于裝配式刀具的特點(diǎn)，所有刀片都是由各單體組裝而成，雖然使用靈活，但是與整體式刀具相比剛性稍差，在切削作業(yè)中在外力的作用下容易引起共振，使得刀頭更容易磨損破裂；而且由于結(jié)構(gòu)原因，一般情況下定心鉆在不斷調(diào)整刀頭的對(duì)中偏差的同時(shí)，還要相對(duì)于兩個(gè)側(cè)切削刃首先承受較大的扭矩和軸向切削力，因此定心的麻花鉆存在磨損嚴(yán)重的情況。引起刀具易于損壞的具體要素：①由于定心鉆在作業(yè)中始終在切削并承擔(dān)大量軸向切削力和扭矩，而且綜合散熱差、排屑差導(dǎo)致的摩擦系數(shù)增大等因素嚴(yán)重影響了金屬應(yīng)性，因此鉆部一般磨損會(huì)很嚴(yán)重；②被加工零件由于在材質(zhì)、密度、性能和組織不均勻等，在加工時(shí)時(shí)常會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生沖擊力，引起共振、沖擊振動(dòng)等不利因素，如果導(dǎo)致刀具進(jìn)給時(shí)軸向發(fā)生偏斜測(cè)繪產(chǎn)生切削刃進(jìn)給量一側(cè)增大，另一側(cè)減小而受到不平衡的外力，因此很容易使一側(cè)刀片因外力影響磨鈍，從而導(dǎo)致另一側(cè)切削刀片也相繼磨鈍失效；③當(dāng)工件回轉(zhuǎn)中心與麻花鉆工作切人點(diǎn)以及刀桿軸心與麻花鉆幾何、物理中心不同軸時(shí)，容易使麻花鉆受力不均導(dǎo)致折斷，即使刀桿應(yīng)性很強(qiáng)足以調(diào)整撓度，不同心的問(wèn)題也會(huì)造成由于刀具進(jìn)給偏斜，不垂直均勻受力從而加速刀刃磨損；④無(wú)論鉆深孔和淺孔時(shí)，孔鉆削每轉(zhuǎn)的進(jìn)給量都要比在使用麻花鉆加工同類工序時(shí)小得多。因?yàn)樯羁足@頭的鉆桿無(wú)法像麻花鉆頭那樣承受那樣大的扭矩和應(yīng)力而造成刀具折斷，而且進(jìn)給量過(guò)大的話會(huì)引起排屑困難，溫度升高或劃傷鉆頭，導(dǎo)致刀具過(guò)早損壞和刀刃破損，而且還會(huì)增加熱誤差。進(jìn)給量太小時(shí)切屑受外力太小又難以折斷，使得切屑纏繞刀體產(chǎn)生不利因素，會(huì)使鉆頭過(guò)早疲勞損壞或過(guò)度啃刀，甚至產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此在決定切削速度和進(jìn)給量必須采用合理的方法；⑤如果刀具切削部分幾何角度存在缺陷在切削工作時(shí)由于刀具幾何形狀與工件加工要求不吻合，使主刀和側(cè)刀吃不上力或者吃力部位不準(zhǔn)，從而造成新刀具失效的一系列原因。

通過(guò)以上理論分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定了相應(yīng)的工藝改進(jìn)措施：①如圖4中所示，選取最佳數(shù)值和參數(shù)安裝麻花鉆。實(shí)踐證明，在加工不同的材料或執(zhí)行切削參數(shù)時(shí)的取值應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整，只有在安裝刀具組件達(dá)到最合理的條件下才能使組合刀具的功效得到最大程度發(fā)揮，并減小組件的非正常磨損和保護(hù)刀具；②提高毛坯材料的質(zhì)量，如果粗加工毛坯后存在問(wèn)題，再好的刀具也不會(huì)達(dá)到應(yīng)有效果，因此增加正火工序以使材質(zhì)細(xì)化，使材料密度均勻，從而減少刀具異常進(jìn)給的幾率；③提高刀桿剛性并且改進(jìn)加工工藝和提高工件裝夾定位精度，保證理論要求的“工件回轉(zhuǎn)軸、刀桿軸線同軸度應(yīng)在0.1mm；工件回轉(zhuǎn)鏡像跳動(dòng)≤0.008mm工件入刀斷面跳動(dòng)≤0.008mm；床身導(dǎo)軌在水面上的垂直度≤0.04mm；床身導(dǎo)軌在垂直面上的垂直度≤0.04mm。”

改進(jìn)工藝及系統(tǒng)參數(shù)后效果明顯，切削順利，刀具損耗率降低50%以上。

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