普通車床深孔加工方法

宋詩會

（廣東省南方高級技工學校，廣東 韶關 512023）

0 引言

利用普通車床加工深孔零件具有一定難度，尤其是長徑比>10以上時技術難度更大。加工單件或小批量的深孔工件，通常采用接長的標準麻花鉆頭，在普通車床上進行鉆削。但當經過鉆削的深孔要進一步精加工，使深孔達到較高的尺寸精度和較小的表面粗糙度值時，就必須采取其它工藝措施，來解決深孔加工的各方面技術問題。本文選用浮動鏜刀和胎具裝夾的方法，成功加工出合格的深孔工件。如圖1所示是293地質隊委托加工的鉆機油缸。材料為冷軋無縫鋼管，毛坯尺寸φ60 mm×12 mm×455 mm，數量為 5 件/月。

圖1 鉆機油缸

由于數量少，從經濟效益角度出發，為了節省成本，不可能制造結構復雜且成本高的夾具，只能利用現有的工夾具進行改造，或者制造結構簡單、容易制造又能按圖紙要求加工出合格零件的工夾具。

1 加工難度分析

從圖1可知：

1）孔徑 φ38+0.030mm，孔深L=450 mm，車削時的內孔刀桿細而長，剛性差，強度低，容易產生振動和讓刀現象，而且也容易產生錐度誤差，嚴重影響到工件被加工面粗糙度及精度。

2）由于孔深，冷卻液不易進入，排屑困難，如鐵屑排出不順暢，鐵屑就會劃傷加工表面，嚴重影響表面粗糙度，刀具會加劇磨損，降低使用壽命。

3）深孔的進出口處常會出現波紋、喇叭口，車削直線性差，使加工精度降低。

利用普通車床成功地加工深孔，首先是解決深孔車刀和胎具的問題，選用了如圖2和圖3所示，制造簡單、工藝性好的浮動鏜刀桿和胎具裝夾。

圖2 刀桿

2 浮動鏜刀桿和胎具的制造

2.1 浮動鏜刀桿的制造

鏜刀桿用45鋼制造，根據被加工孔徑的大小，在考慮排屑順暢的前提下，應盡可能加大刀桿直徑，增強刀桿的剛性。刀桿制造工藝工序如下：

1）選擇 45鋼材料：φ35×755 mm 毛坯。

圖3 胎具

2）調質（20～30 HRC）作用：使刀桿獲得高的韌性和足夠的強度。

3）車平兩頭端面，保持總長750 mm。

4）用φ8 mm加長麻花鉆，從兩頭分別鉆通孔（進冷卻液所用）。

8）上銑床銑出缺槽60 mm×3 mm與進水槽長24 mm×2 mm，鉆出φ5 mm兩進水孔，攻出M5螺紋，如圖2所示。

9）用銑床和電花火線切割加工裝刀槽。刀槽與刀頭的配合30H7/g6和15H7/g6,使刀頭在矩形刀槽中可以自由滑動。鏜削時借助作用在對稱刀刃上的切削力來自動平衡其切削位置，從而獲得較高的孔徑精度和較小的表面粗糙度值，如圖2所示。

12）刀頭用硬質合金代號為P01的刀片，鏜刀刀頭切削刃選用導向角8°～10°，有較長修光刃，使被加工孔得到光滑的表面和較低的粗糙度。刀頭前角均采用12°～16°，后角 5°～6°，以減小切削力，斷屑槽 2.5～3 mm，使切屑卷曲細小容易排出孔外，如圖4所示。

2.2 胎具的制造

胎具是鏜削工件的主要夾具，選用材料球墨鑄鐵QT400-18制造，胎具制造工藝如下：

1）先鑄造毛坯。

2）上車床夾住毛坯中間部分加工φ220 mm外圓并車平端面。

圖4

5）粗車 φ37.9 mm 內孔,粗車 2.58°的錐孔,留 1.0 mm余量。

9）車外螺紋 M100×2。

10）上銑床銑出 100 mm×100 mm，60 mm×45 mm 的缺口（100 mm×100 mm缺口作用是便于安裝導向套，60 mm×45 mm的缺口作用是便于裝刀）。

圖5 導向套圖

圖6 彈性夾頭

3 導向套

選用45鋼加工導向套，導向套尺寸如圖5所示。其作用是確定刀具與工件間的相對位置。并起到導入支承作用，使刀頭切削過程中更加平穩，導向套外圓與胎具體孔的配合為 φ37.9H7/f6,導向套內孔與刀桿的配合為φ20 H7/f6。

4 彈性夾頭

彈性夾頭選擇球墨鑄鐵QT400-18加工，彈性夾頭如圖6所示。按尺寸要求在車床上加工好后，上銑床銑4條5×17 mm槽，其作用是方便裝卸工件以及使工件不易夾傷和變形。

5 鎖緊螺母

選擇球墨鑄鐵QT400-18加工鎖緊螺母，尺寸如圖7所示。

圖7 鎖緊圖

圖8 浮動鏜刀

6 深孔加工的冷卻與潤滑

冷卻潤滑液在深孔加工中主要起冷卻、潤滑、沖洗減振和防銹等作用。它可減少切削區的切屑、刀具、工件間的摩擦，減少熱量的產生，同時可以使切削后產生的熱量被帶走，使切削溫度降低。

深孔加工中，冷卻潤滑液的合理選用對加工質量有直接的影響。冷卻液潤滑應有較好的流動性，黏度不宜過大，以利于加快流速沖洗積聚在刀桿與孔壁之間的切屑，當臟切削液回流到聚液箱時，碎屑應能很快地沉淀。

加工如圖1所示的鉆機油缸零件，由于孔深既要充分冷卻潤滑刀頭及加工表面又要使切下的鐵屑順利排出深孔外面，有一定難度。精鏜孔時，采用刀桿中心孔注入冷卻液的方法（如圖2），冷卻液選用潤滑性能好和流動性好的乳化切削液。水泵選用流量為25 L/min，壓力為0.06 MPa。冷卻潤滑液不受刀桿的影響直達加工表面，使加工表面及刀頭得到充分的冷卻和潤滑，并在水壓的作用下使切屑快速地從內孔中順暢排出，使浮動鏜刀在良好環境下切削加工，從而使被加工表面精度和粗糙度值得到有效地保證。

7 實際加工過程

1）車平兩端面總長留1 mm，并在孔兩端倒角2×30°：用兩頂尖裝夾粗車外圓留余量單邊0.5 mm。

2）夾住一端，另一端用中心架托住，使用常用內孔刀粗車內孔總長度一半225 mm，留余量單邊0.5 mm。

3）掉頭，粗車另一端余下孔長，內孔單邊留0.5 mm的余量。

4）精車兩端面并控制工件總長度，兩端孔口倒角2×30°。

5）用兩頂針裝夾精車缸體外圓至尺寸要求。

6）用四爪夾住外圓，找正，用中心架托住精車內孔粗糙度為Ra3.2，留余量0.2 mm（卡盤夾住工件部分用銅皮墊住）。

7）掉頭重復第3道裝夾工藝精車另一半長度的內孔，粗糙度為Ra3.2，留余量0.2 mm。

8）浮動鏜削：a.用四爪夾住胎具并用百分表校正。b.校正刀桿的中心與主軸的同軸度。c.把導向套放進胎具體φ37.9 mm孔里，如圖4所示。d.把工件裝在彈性夾頭里，然后將彈性夾頭和工件一起套入胎具錐孔里，擰上鎖緊螺母鎖緊工件，并用中心架托住。e.把鏜刀桿插入工件孔里，并對準導向套內孔。f.在導向套前端面里墊上1塊5mm的墊片，用M8的螺栓旋入刀桿內螺紋中，將導向套和刀桿定好位，如圖4所示。g.裝上精鏜刀頭（圖8所示），分2次進行鏜削。第一次切削用量vf=5 m/min，f=0.1 mm/r，ap=0.05 mm。開車并打開水泵開始第一次鏜削（鏜孔切削方向是從床頭到床尾）。第二次切削速度vf=5 m/min，f=0.05 mm/r，ap=0.055 mm（切削方向是從床尾到床頭）。

加工后的孔的表面粗糙度、精度達到圖紙要求，其它技術指標也達到圖紙要求。用此工藝加工，只需普通車床及制造一些簡單的工夾具就可以順利地按圖紙技術要求加工長徑比大的深孔而不用深孔加工的專用夾具，特別是針對小批量產品時更加體現出較高的經濟效益。

8結語

金屬切削是長期的生產實踐中發展起來的一門學科，有較強實踐性、應用性和針對性。深孔加工在實踐中經常遇到，應用相當廣泛。針對不同材料和技術要求，應采取相應的不同方法。對于影響切削過程的刀具工作的眾多因素，抓住關鍵，并處理好其它因素的內在關系才能使切削加工順利完成。本文論述的例子，其主要的因素是鏜刀的平穩切削及用胎模精確定位，只需解決鏜刀的這一主要矛盾。實踐證明，只要認真總結經驗，制定正確的加工工藝和運用合理的工夾具，即使在普通車床上也能在加工上、技術上得到新的突破，加工出難度大、精度較高的產品。

［1］ 張耀宸.機械加工工藝設計手冊［M］.北京：航空工業出版社，1987.

［2］ 晏初宏.數控加工工藝與編程［M］.北京：化學工業出版社，2001.

［3］ 梁炳文.機械加工工藝與竅門精選［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［4］ 周增文.機械加工工藝基礎［M］.北京：中南工業大學出版社，1999.

［5］ 楊叔子.機械加工工藝師手冊［M］.北京：機械工業出版社，2000.

［6］ 徐峰.數控線切割加工技能實訓教程［M］.北京：國防工業出版社，2004.