箱體零件鏜孔精度的分析與研究

嚴 紅

（陜西工業職業技術學院，陜西 咸陽 712000）

筆者結合生產實際，分析了影響箱體零件鏜孔精度的主要因素，并提出了行之有效的工藝措施。

1 機床的影響

（1）主軸回轉精度的影響。在鏜孔時，主軸的軸向竄動，會引起箱體端面不平并與孔中心不垂直；而主軸的徑向跳動，將造成同軸孔的同軸度誤差、被鏜孔的圓度誤差和表面粗糙度值增大。

（2）主軸與導軌位置誤差的影響。鏜床主軸與橫向導軌的垂直度誤差、與縱向導軌的平行度誤差，都會造成被鏜孔與箱體端面的垂直度誤差和孔自身的圓度誤差；尤其在采用“掉頭鏜”加工同軸孔時，會造成同軸度誤差。

（3）機床進給的方式對鏜孔的影響。當鏜桿與機床主軸浮動連接支承鏜孔時，機床進給的方式對鏜孔精度的影響不大。當鏜桿與鏜床主軸剛性連接懸臂鏜孔時，機床進給的方式對鏜孔精度的影響比較明顯。

當鏜桿與鏜床主軸剛性連接懸臂鏜孔時，如果采用主軸進給的方式，此時鏜桿在重力和切削力的作用下，偏離理想的回轉中心（如圖1所示），隨著主軸的進給，鏜桿將不斷伸長，鏜桿回轉誤差不斷增大，造成同軸孔的同軸度誤差和孔自身的圓柱度誤差。

相反，如果采用工作臺進給，則鏜桿伸出長度不變（如圖2所示），在鏜孔過程中，鏜桿回轉誤差不會增大，此時，鏜桿雖有彎曲變形，但彎曲變形不會隨著鏜孔的深入而增大，因此，對于鏜孔精度的影響不大。

圖1 鏜桿進給的影響圖

圖2 工作臺進給的影響

但是，當采用工作臺進給時，鏜床導軌在水平面和垂直面內的直線度誤差，會導致加工后產生圓柱度誤差；對于同軸孔，會產生同軸度誤差。

除此之外，工作臺與導軌的配合間隙，也會影響鏜孔精度，工作臺與導軌配合間隙越大，則工作臺的擺動越大，而工件是通過夾具安裝在機床的工作臺上，因此工作臺的擺動，實際上代表著工件的擺動，工件的擺動會改變刀具與工件既定好的相對位置，會給加工帶來誤差：即鏜同軸孔時，會產生同軸度誤差；鏜平行孔時，則會產生孔距誤差和平行度誤差。

2 刀具系統的影響

2.1 鏜桿受力變形的影響

當鏜桿與鏜床主軸剛性連接懸臂鏜孔時，在切削力矩M、切削力Fr和鏜桿自重G的作用下，鏜桿會產生撓曲變形，導致鏜桿的實際回轉中心偏離理想的回轉中心，造成鏜孔誤差超差。

其中，切削力矩M造成鏜桿彈性扭曲、刀具耐用度和內孔表面品質的下降；而切削力Fr和鏜桿重力G造成鏜桿彈性彎曲，對鏜孔精度的影響尤為嚴重。

下面，主要分析切削力Fr和鏜桿自重G對于鏜孔精度的影響。

（1）受切削力變形引起的誤差。在鏜孔過程中，切削力會造成鏜桿彈性彎曲變形。眾所周知，鏜床是刀具回轉類機床，在主軸回轉過程中，切削力的方向不斷發生變化，假定切削力的大小不變，在主軸旋轉的一個周期，鏜桿的彎曲變形，會使刀具出現等量的讓刀，其結果如圖3所示，鏜后孔是一個比調整尺寸小fF的正圓。

圖3 切削力對鏜桿撓曲變形的影響

但實際中，鏜前的底孔必然存在形狀誤差，它會因切削深度不均而引起切削力的變化，導致加工后不是一個正圓，存在圓度誤差。同理，在被加工孔的軸線方向上，由于加工余量和材質的不勻，也會造成孔在軸線方向的圓柱度誤差。

（2）鏜桿受重力變形引起的誤差。在鏜孔過程中，鏜桿在重力的作用下，相當于一個懸臂梁，自重使鏜桿產生撓曲變形，導致鏜桿實際回轉中心偏離理想回轉中心一個fG值（如圖4所示），從而使被鏜孔的底部被切得多，造成孔的圓度誤差。

圖4 自重對鏜桿撓曲變形的影響

（3）鏜桿的實際撓曲變形引起的誤差。在實際鏜孔的過程中，鏜桿撓曲變形，是切削力和重力撓曲變形的綜合表現，其實質是鏜桿的實際回轉中心偏離了理想回轉中心。由于材質不勻、加工余量的變化、切削用量的不一，以及鏜桿伸出長度的變化，造成同軸孔的同軸度誤差、平行孔的平行度和孔距誤差、對同一孔的加工，引起圓度和圓柱度誤差。

2.2 鏜桿與導向套精度及配合間隙的影響

支承鏜孔時，采用導套支承鏜桿，鏜桿的剛性足以減小鏜桿受力變形對于鏜孔精度的影響。此時，導套內孔的形狀誤差與波度、鏜桿與導套的配合間隙，就成為影響鏜孔精度的核心因素。因此，針對這種情況，以下重點分兩種情況加以討論。

（1）當Fr＞G時。由于鏜桿與導套間的配合間隙，粗鏜時，切削力較大，通常Fr＞G，切削力足以推動鏜桿緊貼在導套內與切削位置相反的一側，加之切削力的方向不斷的變化，導致鏜桿在一個旋轉周期內，始終以某一固定部位與導套的整個內表面接觸。因此，鏜桿的運動軌跡，受導套內表面的形狀影響較大。在這種情況下，導套內表面的形狀誤差與波度，對被鏜孔的形狀影響較大。

（2）當Fr＜G時。精加工時，由于加工余量小，切削力小，通常Fr＜G。在鏜孔的過程中，鏜桿在一個旋轉周期內，鏜桿的每一點與導套內孔下半部分在接觸，即鏜桿以不同部位在導套內孔下方擺動（如圖5所示），造成孔的圓度誤差。

圖5 鏜桿在導套下方的擺動

實際上，由于材質不勻等因素，會引起切削力的變化。因此，鏜桿在導套內的擺動幅度，也會產生相應的變化。其結果是：加工同軸孔，可能會造成同軸度誤差；加工平行孔，會造成孔距和平行都誤差。

此外，鏜桿和導套的配合間隙對加工也有一定影響。如果配合間隙過小，鏜桿與導套的摩擦加劇，會導致鏜桿受熱卡死，加工無法正常進行；如果配合間隙過大，在切削力作用下，鏜桿的擺幅增大，所引起的誤差也就隨之越大。

3 受力受熱變形產生的影響

（1）切削力引起的誤差。受零件使用性能的限制，有些箱體零件在設計時，箱壁厚度相差比較懸殊，在實際鏜孔時，當切削力較大時，箱體薄壁處受彈性變形的影響，容易產生過大的讓刀，加工后，箱體薄壁處彈性恢復，被鏜孔產生圓度誤差。

（2）夾緊力引起的誤差。鏜孔時，如果夾緊力過大，方向不正確，作用點工件的剛性差，會使毛坯孔在夾緊力的作用下變形，在變形的情況下，將孔鏜成正圓，卸下工件后，孔徑彈性恢復，變成橢圓。

（3）切削熱引起的誤差。粗鏜時，切削熱量多，箱體壁薄處溫度升得快，熱變形大；壁厚處溫度升得慢，熱變形小。如果在工件還未完全冷卻的情況下進行精鏜，則壁薄處實際被切去的余量比壁厚處少，冷卻后，會造成孔的圓度誤差。

4 保證鏜孔精度的工藝措施

4.1 保證機床的幾何精度

為防止由于機床部分幾何精度的下滑而造成鏜孔誤差超差，應加強對設備的日常保養和維護，定期對機床進行檢查和維修，以保證機床的幾何精度。

4.2 保證刀具系統品質

（1）減小刀具系統受力變形。首先，應合理設計鏜桿直徑，以保證鏜桿有足夠的剛性，也可采用“掉頭鏜”的方式，來減小鏜桿的旋伸長度；其次，通過采用輔助支承（導向裝置）來提高鏜桿的剛性；再次，也可通過階梯鏜桿、空心鏜桿來減小鏜桿自重的影響，通過切削參數的調整來減小切削力，以減小鏜桿撓曲變形的影響；最后，對于小的深孔，可采用拉鏜的方式，以鏜桿的受力彎曲變形。

（2）合理設計導向裝置。首先，從加工的實際出發，選擇合理的導向方式；其次，要保證鏜桿與導套有足夠的幾何形狀精度；再次，要始終保持鏜桿與導套有合理的配合間隙和充分的潤滑；最后，應各支承的配合間隙相同。

4.3 合理的工藝設計與實施

工藝設計時，應合理選擇定位基準，以保證加工余量得均勻，減小切削力變化所引起的誤差；合理的選擇切削用量，以減小受力受熱變形的影響。

工藝實施時，尤其是精加工，應適當增加走刀次數，以保持切削力的穩定和盡量減少切削力的影響。為消除夾緊變形的影響，精鏜時夾緊力要適當，不宜過大，著力點應選擇在剛度較強部位。為消除工件熱變形的影響，加工必須粗、精兩個階段進行，對于加工中沒有粗、精加工明顯分開的情況，應注意粗加工與精加工間保持一段較長時間的間隔，可使熱變形的影響能得到一定的改善，生產檢驗說明可保證零件加工精度要求。

5 結束語

文章從箱體零件加工的實際出發，分析了影響鏜孔精度的主要因素，以及產生的各類加工誤差，系統、全面地提出了保證箱體零件鏜孔精度的工藝措施，對于優化箱體類零件加工工藝方案的設計，分析、解決箱體類零件工藝實施過程中的質量問題，具有普遍的參考借鑒作用。

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