數控車床深孔鏜削結構的分析與應用

2015-04-08 02:04:22路世強劉來章何海峰

制造技術與機床 2015年7期

路世強劉來章李林何海峰

(德州德隆(集團)機床有限公司，山東德州 253003)

目前，利用數控車床臥式刀架鏜削常規長度內孔已不再是什么難題，但往往會有一些長套管類工件的內孔加工，利用這種結構加工就無法實現了。常規工藝大都采用擴孔和鏜孔，因工件固定而刀具運動，不易排屑和散熱，尤其當工件要求粗、精工序在一序完成，或加工一定直徑范圍內的孔，常規工藝需要不同規格的鏜刀，刀具數量多、換刀時間長、對刀次數多、輔助時間長、效率低，加工既有車削又有鏜削要求的回轉類工件時，這種傳統加工方式更顯劣勢，若要提高效率，需定制專用設備，投資大、柔性差、生產準備時間長，產品更新時間長，財力物力浪費大。

根據以上問題我們對數控車床結構進行了優化升級，加工長套管類工件，不需多次裝卸工件，更換刀具、輔具，能夠一次裝夾完成車削、深孔鏜削的加工。操作省時、省力、換刀速度快，工件旋轉，排屑方便，易散切削熱，柔性大，產品更新方便。適用于液壓、印刷、石油、工程機械等行業長套管類零件的加工。

1 前期分析與試驗

以臥式車床配置8 工位臥式刀架為例進行案例解析，根據長期加工的設計和加工經驗得知，常規刀桿的最大鏜削深度與刀桿直徑有個比例關系叫做長徑比，即最大鏜削深度是刀桿直徑的3 倍，如圖1 所示。比如用φ60 mm 的刀桿鏜削的最大深度就是180 mm，大于這個值在鏜削時就會多多少少產生振刀，這個值越大振刀越嚴重。考慮到常規刀桿的剛性問題，現選用山特維克1:7 的抗振刀桿，刀桿直徑φ60 mm，可鏜削420 mm 的深孔，鏜孔直徑φ90 mm，主軸轉速恒定。切削試驗參數見表1。

表1 切削試驗參數表

從表1 數據中可以看出，當刀桿懸伸長度≥330 mm 鏜削就無法滿足加工要求了，故使用該抗振刀桿鏜削的最大深度為300 mm。

2 結構改進分析

經過反復試驗發現，鏜削的深度不單單和刀桿的剛性有關，和切削相關的各種連接件都有或多或少的關系。所以我們從以下幾個方面考慮:(1)卡盤與工件之間的夾持剛性，鏜削內孔時尾座無法使用，所以要盡量增強卡盤的夾持剛性，如增大受力面積，接觸長度;(2)回轉刀架與滑板的聯接剛性，如果它們之間的剛性不夠，再好的刀桿也無計可施;(3)回轉刀架上刀盤的鎖緊剛性，刀盤有較高的鎖緊剛性，我們就可以忽略這個環節，可看成刀盤和刀架本體為一個整體;(4)鏜刀座和刀盤之間的聯接剛性，在滿足刀具工位數要求的情況下，盡量選擇工位少、刀盤對邊大、刀盤厚度盡量厚的刀盤，因為這樣可以增大鏜刀座與刀盤的接觸面積從而增加剛性;(5)鏜刀座與刀桿之間的夾持剛性，鏜刀座與刀桿的傳統夾緊方式是用刀座兩側螺釘頂刀桿外圓的扁面，如圖2 所示，這種方式的剛性顯然不是最好的;(6)刀桿自身的剛性，刀桿自身的剛性是最重要的，傳統刀桿的處理方式無外乎這么幾項:低碳合金鋼滲碳淬火、整體淬火、加入液壓油或做成錐形的等強度桿等，但要想鏜削長徑比達到1∶5 乃至1∶13 的話，傳統方法就顯得力不從心了。目前制作抗振刀桿較好的有德國和以色列的幾家刀具商。

3 應用實例

筆者單位承接中船重工集團某廠液壓懸浮管的加工設備制造，該工件需要加工兩端內、外螺紋，通長鏜削內孔，工件外形如圖3 所示，內孔形狀很不規則，直徑不斷變化，無法使用鏜床設備加工，車床鏜削無疑是最好的加工方法。通過數控程序控制走刀輪廓，和前期的深孔鏜削結構分析和試驗，本次數控車床設計著重從以上6 點考慮，力保深孔鏜削能一次成功。

從用戶加工的要求來看，我們推薦一種多功能復合機床，既有數控車床自身的車削功能，又有深孔鏜削功能。用戶要求刀桿直徑φ90 mm，最大鏜深700 mm。

具體實施方案如下:

(1)根據理論計算和類比方法，保證機床主軸電動機功率足夠，卡盤與工件之間的夾持剛性要強化，卡爪夾持長度200 mm，爪型設計成與工件直徑相符的圓弧形，且卡爪為倒喇叭口型，保證卡爪夾持后全長度接觸，如圖4 所示。