數(shù)控車床深孔鏜削結(jié)構(gòu)的分析與應用

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(shù)控車床臥式刀架鏜削常規(guī)長度內(nèi)孔已不再是什么難題，但往往會有一些長套管類工件的內(nèi)孔加工，利用這種結(jié)構(gòu)加工就無法實現(xiàn)了。常規(guī)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(nèi)的孔，常規(guī)工藝需要不同規(guī)格的鏜刀，刀具數(shù)量多、換刀時間長、對刀次數(shù)多、輔助時間長、效率低，加工既有車削又有鏜削要求的回轉(zhuǎn)類工件時，這種傳統(tǒng)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(chǎn)準備時間長，產(chǎn)品更新時間長，財力物力浪費大。

根據(jù)以上問題我們對數(shù)控車床結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)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(zhuǎn)，排屑方便，易散切削熱，柔性大，產(chǎn)品更新方便。適用于液壓、印刷、石油、工程機械等行業(yè)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(jù)長期加工的設計和加工經(jīng)驗得知，常規(guī)刀桿的最大鏜削深度與刀桿直徑有個比例關(guān)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(chǎn)生振刀，這個值越大振刀越嚴重。考慮到常規(guī)刀桿的剛性問題，現(xiàn)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(zhuǎn)速恒定。切削試驗參數(shù)見表1。

表1 切削試驗參數(shù)表

從表1 數(shù)據(jù)中可以看出，當?shù)稐U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(jié)構(gòu)改進分析

經(jīng)過反復試驗發(fā)現(xiàn)，鏜削的深度不單單和刀桿的剛性有關(guān)，和切削相關(guān)的各種連接件都有或多或少的關(guān)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(nèi)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(zhuǎn)刀架與滑板的聯(lián)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(zhuǎn)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(huán)節(jié)，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(lián)接剛性，在滿足刀具工位數(shù)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(tǒng)夾緊方式是用刀座兩側(cè)螺釘頂?shù)稐U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(tǒng)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(tǒng)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(nèi)、外螺紋，通長鏜削內(nèi)孔，工件外形如圖3 所示，內(nèi)孔形狀很不規(guī)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(shù)控程序控制走刀輪廓，和前期的深孔鏜削結(jié)構(gòu)分析和試驗，本次數(shù)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(shù)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(jù)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。

(2)回轉(zhuǎn)刀架本體加長、把合螺釘個數(shù)由8 個改為10 個，增大刀架與滑板的接觸面積。

(3)鏜刀座設計成割逢環(huán)抱的形式，且長度為270 mm，即夾持長度為刀桿直徑的3 倍，保持較高的夾持剛性，如圖5 所示。

(4)在保證刀架回轉(zhuǎn)慣量和速度不受太大影響的情況下，加大刀盤厚度值200 mm，與刀座之間的把合螺釘由4 個M10 改為8 個M16，如圖6 所示。

(5)將刀盤與刀架本體聯(lián)接的鼠齒定位盤加大，增大刀盤的鎖緊剛性。

(6)刀桿選用山特維克1:10 的抗振刀桿，刀桿直徑φ90 mm。

經(jīng)過機床車削試驗、深孔鏜削試驗，驗證了以上方法的正確性，切削效果非常好，最大鏜深850 mm，ap=2.5 mm，f=0.4 r/min，機床切削正常，工件切削表面無振紋。機床多功能鏜削刀架如圖7 所示。

4 結(jié)語

本文通過利用傳統(tǒng)加工方法和前期試驗進行分析論證，提出了一種長套管類工件深孔鏜削的解決方案，也是一次大膽嘗試，該方案既能滿足車削的要求，又能彌補傳統(tǒng)鏜削的不足，具有多功能復合型的特點。總結(jié)出了利用車床進行深孔鏜削時，機床結(jié)構(gòu)設計的各個要點。目前該機床已終驗收完畢并交付用戶使用，得到了用戶的一致認可。

［1］王永巖.理論力學［M］.北京:科學出版社，2007.

［2］李洪.實用機床設計手冊［M］.沈陽:遼寧科學技術(shù)出版社，1997.

［3］王先逵，李慶祥，劉成穎.精密加工實用手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2001.

［4］《機床設計手冊》編寫組，機床設計手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1986.