淺談對軸類微型臺階孔車削加工

陳 毅

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 零件結構及加工工藝分析

從圖1的零件結構圖可知，在加工上是一次成型，只能選擇從臺階孔那邊開始車削加工。然而，該零件在加工過程中由于孔尺寸公差小，精度高，小孔Φ1.34mm(+0.035，+0.010),臺階處大孔尺寸Φ1.44mm(+0.035，+0.0,10),零件周圈只有0.05mm加工余量。從而增加了加工難度，按照傳統加工方式是先加工大孔，在加工小孔，但小孔孔口在受切削力作用下會產生硬邊毛刺，不易去除。在去除時，稍不注意手勢就要把大孔孔壁劃傷。如果先加工小孔的話，后在鉆削大孔時沒有擠壓作用的情況下會導致尺寸超差不能控制，止規進，光潔度不好對鍍金層表面存在損傷，滿足不了技術要求，如下圖所示。

圖1 J18MDMA零件結構簡圖

圖2 扁鉆加工示意圖 圖3 小孔孔口翻硬邊毛刺圖 圖4 大孔光潔度不好圖示

2 扁鉆及其結構特點

2.1 扁鉆的結構

扁鉆切削部分磨成一個扁平體，主切削刃磨出鋒角、后角并形成橫刃；副切削刃磨出后角與副偏角并控制鉆孔直徑。扁鉆前角小，沒有螺旋槽，排屑困難，但制造簡單，成本低，直徑1mm以下的小孔加工上得到廣泛應用。

圖5 磨制扁鉆結構簡圖

2.2 扁鉆存在的問題

傳統扁鉆的材質為高速鋼，切削速度較低。因受整體式結構的限制，扁鉆的工作前角為負前角，軸向力和扭矩較大；其導向主要依賴于扁鉆夾頭上的定位導向鍵(后導結構)，導向不穩，容易走偏；扁鉆的切削刃采用對稱結構，不能有效分割切削層厚度。鉆削實心件時，因為插針都屬于大批量類的零件，若在加工時扁鉆刀尖磨損，則有可能在工件表面形成擠壓，使鉆削力和扭矩突然增大，導致崩刃現象的發生，使扁鉆整體報廢。若不能及時發現的話，還會造成大批量的挑選以及報廢。

2.3 扁鉆結構的改進

通過由上述分析可知，傳統扁鉆結構不合理是造成扁鉆加工效果差、易報廢的主要原因。為此，可從以下幾個方面進行改進：

1)將整體式結構改為裝配式結構，選用硬質合金刀片并將刀片的工作前角選為正前角(0°～6°)，以改善受力狀況；

2)將切削刃的對稱結構改為不對稱結構，可有效分割切削層厚度；

3)在扁鉆中心增加一只扁鉆，用以分擔部分切削力。

改進后的扁鉆結構如圖6所示：采用裝配式結構，上、下刀體對刀片起夾持和定位作用；扁鉆位于刀體的中心，不僅可承受部分切削力，還可提高定位精度；硬質合金刀片嵌裝在上下刀體之間、扁鉆的兩側，刀片安裝呈不對稱結構，兩側錐角也不相等。當硬質合金刀片磨損后，可通過頂絲和楔塊調整刀片的伸出量，使刀片重復使用。

圖6 改進后結構簡圖

3 鏜孔及鏜孔刀的磨制

3.1 鏜孔的目的

鏜孔，指的是對鍛出、鑄出或鉆出孔的進一步加工。鏜孔可擴大孔徑，提高精度，減小表面粗糙度，還可以較好地糾正原來孔軸線的偏斜。

鏜孔可以分為粗鏜、半精鏜和精鏜。精鏜孔的尺寸精度可達IT8～IT7，表面粗糙度Ra值1.6～0.8μm。鏜孔分為一般鏜孔和深孔鏜孔，一般鏜孔在普通車床就可以，把鏜刀固定在車床尾座或者固定在小刀架上都可以。深孔鏜孔需要專用的深孔鉆鏜床，鏜刀要加上鏜刀稈，還要加上液壓泵站利用冷卻液把鐵屑排除。

鏜孔與外圓車削加工相比較，工作條件相對較差，主要表現有以下幾個方面：

1)一般需采用長徑比較大的刀具，刀桿懸伸距離長，導致刀具剛性差，從而使切削穩定性降低，容易產生振動，因此在加工中所選用的切削用量(切削速度、進給量、切深)比車外圓時要小，生產效率較低；

2)鏜刀因在半封閉狀態下工作，排屑困難，特別是在加工孔徑較小的工件時，切削屑易纏繞在刀桿上；

3)鏜刀在孔內加工，操作者看不見刀具實際的工作情況。

3.2 鏜孔刀的分類

通孔鏜刀：鏜通孔用的普通鏜刀，為減小徑向切削分力，以減小刀桿彎曲變形，一般主偏角為45°～75°，常取60°～70°。

不通孔鏜刀：鏜臺階孔和不通孔用的鏜刀，其主偏角大于90°，一般取95～100°，刀頭處寬度應小于孔的半徑。

鏜孔刀用于較大直徑的孔加工，其結構一般包括刀桿、固定在刀桿下端的刀夾、固定在刀夾上的刀片；所述刀桿固定在機床轉軸一端，由所述轉軸驅動，從而帶動刀片旋轉，切削工件，并隨轉軸的軸向移動而實現深度方向的進給。在加工過程中，為了提高刀桿與轉軸的連接強度，避免刀桿下端，即刀片在加工過程中產生顫動而影響加工精度，現有的鏜孔刀一般通過專用刀柄與轉軸連接，具體地說，所述刀柄上端固定在轉軸的接頭上，另一端夾持刀桿上部，從而固定刀桿。

上述專用于夾持鏜孔刀的刀柄結構復雜，所用材料的強度、硬度等材質要求高，故而制造成本較為高昂；然而，在鏜孔加工中，如加工鋁、鋅等硬度較低、材質較軟的零件，或加工較淺的孔時，鏜孔刀的顫動較小，所引起的加工誤差往往在允許范圍內；而在一些加工精度要求較高的鏜孔加工過程中，往往需要經過粗鏜、半精鏜，以及精鏜等工序，其中粗鏜和半精鏜工序主要為了加工胚孔，鏜孔刀的顫動并不影響精加工的加工精度。

上述加工過程中，鏜孔刀自身的強度和剛性足夠滿足加工需要，此時仍然使用專用刀柄夾持刀具則造成結構 復雜、成本高昂的缺陷。

3.3 自制鏜孔刀

零件結構圖表明，大孔尺寸Φ1.45T，那么我們只能采用比它小的合金圓棒來自磨鏜孔刀具，考慮到零件大孔小孔交界處有90°倒角及鋼性問題，最終選擇了Φ1.2的合金圓棒進行磨削刀具，如圖7所示。

圖7 自制鏜孔刀

4 臺階孔加工及驗證

4.1 加工方式及順序

①先用外圓刀將毛胚料的端面車削平齊；

②用引頭刀鉆出中心孔，在鉆中心孔時，要想著為后面加工孔后避免出現翻毛刺等現象。所以鉆中心孔時應將孔加工大于大孔的直徑0.1～0.2 mm不等。這大多少也要根據圖紙的工藝要求來進行加工的。若沒有工藝要求的，可按平時有工藝要求的大小進行加工；

③用鉆頭進行鉆孔加工，因扁鉆這種刀具只適合一次性加工到位，所以鉆孔加工時只能一次性加工到工藝尺寸，不能像麻花鉆加工一刀退一刀的方式去使用。這樣的話扁鉆進行加工第二刀的時候會因孔里剩余的積屑鎦會在扁鉆進行再次斷續加工時會將鉆頭打斷或打崩。扁鉆這種刀具比較適合加工小孔和一次性到位的孔使用；

④該零件的重點鏜大孔加工，因為插孔零件它是與插針配合使用的，所以他的表面粗糙度都是比較高的，所以在加工時最好使用兩把鏜刀進行鏜削加工。但如果條件允許情況可以使用三把鏜加工，這樣不僅能延長鏜刀的壽命，且相對一把和兩把的表面粗糙度也要好的多；

⑤外圓刀車削加工所有外圓，但在車削外圓時，不止保證工差要求，還需保證有表面粗糙度要求的地方，所以在車削有表面粗糙度要求的地方走刀速度應慢一點；

⑥切斷刀加工SR切斷保證總長。

圖8 加工效果圖 圖9 鏜孔示意圖 圖10 鏜孔加工后效果圖

4.2 零件的加工驗證

Y型插針，經查已按此方法加工批產共6批。改進后提高了內孔合格率，且按時入庫率100%，解決了該型號面板零件的加工瓶頸問題，實現了高質量、快速加工。

5 結論

通過插針零件結構進行分析，并確定加工方法和所需刀具，研制了特制扁鉆和鏜孔刀，以代替傳統的麻花鉆。試制成功后，在車間進行實際加工過程驗證，同時將加工方法宣貫固化。用此方法在公司及同崗位上取得了較大提升，也得到在公司廣泛運用，為公司微型針孔類零件臺階孔加工奠定了很好的基礎。

表1 生產情況統計表