超大口徑深孔精鏜削工藝研究

■ 段艷君 白云 王曉峰 劉漢青

某大型實驗裝置的核心零件發射管，其發射管內孔的尺寸精度、直線度、表面粗糙度等精度要求高，現有超大口徑（孔徑大于φ400mm）深孔鏜削技術不能滿足該管體內孔加工精度要求。現有是超大口徑深孔鏜削加工技術是采用固定鏜刀加工內孔，其鏜削精度為IT12～IT14，表面粗糙度為Ra12.5～6.3μm，同時存在內孔表面接刀臺階、尺寸一致性差、表面粗糙度高等加工缺陷，開展超大口徑深孔精鏜削方法研究，其目的是提高超大口徑深孔鏜削精度，解決現有超大口徑深孔鏜削技術存在著加工精度低的問題，根據發射管內孔精度要求以及結合工廠現有深孔鏜削能力，通過鏜削工藝流程完善、鏜削工裝設計、鏜削參數優化等工藝方法，發射管內孔加工精度滿足設計精度要求，圓滿完成該產品研制任務。

1 精鏜削技術方案設計

1.1 發射管指標要求

該發射管長度為8600mm、內孔直徑φ480+0.14 0mm、內孔圓度0.05mm、內孔直線度0.10mm/1000mm、內孔表面粗糙度Ra3.2μm，其材料為高強韌炮鋼。

1.2 工藝分析及技術方案

深孔鏜削是提高深孔加工精度的一種重要工藝方法，深孔鏜削分為粗鏜和精鏜，粗鏜是用粗鏜刀“尖刀”鏜削內孔，精鏜是用浮動鏜刀鏜削內孔，對于超大口徑浮動鏜刀鏜削內孔的方法，工廠沒有成熟經驗，需要進行工藝研究，根據粗鏜削和精鏜削特性，制定的技術方案如下：

技術方案：先用粗鏜刀分3 次鏜削內孔，其目的是去除余量、修正內孔直線度，保證內孔直線度達到產品設計要求，為后續精鏜內孔提供精度保障；然后用可調式雙刃浮動鏜刀精鏜內孔，達到產品內孔圓柱度、尺寸精度和表面粗糙度的要求。

1.3 主要工藝流程

主要工藝流程：外圓粗車→發射管找正→粗鏜→半精鏜→精鏜……

1.4 鏜削設備改造

由于該發射管外徑和內徑尺寸大，現有深孔鏜床不具備加工能力，用現有臥式車床改造成裝夾直徑φ1000mm、鏜削直徑φ800mm 的深孔鏜床。

1.5 鏜削主要工裝的設計

1.5.1 雙刃粗鏜刀體

組成及結構：其主要由刀槽孔、鏜刀壓緊螺釘、本體、木質導向塊組成，雙刃粗鏜刀體結構，如圖1 所示。

圖1 雙刃粗鏜刀體

結構特點：雙刃粗鏜刀體在刀槽孔內裝有兩把粗鏜刀，兩把粗鏜刀用鏜刀壓緊螺釘緊固，兩把粗鏜刀加工能夠較好分屑，有利排屑，并能減小粗鏜刀切削力，提高粗鏜刀耐用度；在本體圓周上均布裝有4件木質導向條，木質導向條可以消除鏜削時振動，增大鏜削的加工范圍。

1.5.2 浮動精鏜刀體

組成及結構：其主要由刀槽孔、木質導向條、本體組成，浮動精鏜刀體結構，如圖2 所示。

圖2 浮動精鏜刀體

結構特點：浮動精鏜刀體上設有刀槽孔，用于裝夾可調式雙刃浮動鏜刀；采用木質導向塊，可以消除鏜削時振動，增大鏜削的加工范圍。

1.5.3 可調式雙刃浮動鏜刀

組成及結構：其主要由固定刀片、活動刀片、刀齒、緊固螺釘、定位螺釘組成，可調式雙刃浮動鏜刀結構，如圖3 所示。

圖3 可調式雙刃浮動鏜刀

結構特點：刀齒為硬質合金材料，活動刀片能夠沿固定刀片定位槽伸縮，實現直徑尺寸在一定范圍內調整，擴大了孔的加工范圍，刀齒磨損后可以重新刃磨再利用。

2 技術方案實施

2.1 鏜削方式

采用推鏜方式，鏜刀體前端裝有鏜刀，鏜刀體及鏜刀在刀桿架、刀桿的驅動下做軸向進給運動，管體旋轉運動，切削液沿鏜桿內孔進入切削區，切削液推動切屑沿孔前端排出進入切屑箱，鏜削方式示意圖如4 所示。

2.2 發射管的找正裝夾

先將發射管一端裝在機床主軸夾盤上，以內孔找正（外圓預車找正帶），另一端用頂盤頂住內孔，在外圓上車出托輥架位，然后在架位處架上托輥，退出頂盤。這樣的發射管找正裝夾方式，一是可保證發射管內孔軸線不偏斜，二是避免二次裝夾誤差，防止鏜孔過程中發射管竄動，造成內孔加工缺陷。

2.3 粗鏜孔

發射管依據粗鏜孔給出的內孔加工余量和精度要求，粗鏜孔分三次鏜削加工，鏜削余量分配為：XXX，具體加工方法如下：

（1）防止木質導向塊磨損方法：由于木質導向塊易磨損，為防止木質導向塊磨損，采用在木質導向塊外表面墊2～3層紗布的方法，其作用是紗布將鏜削刀紋拋光，改善已加工表面粗糙度，減小木質導向塊磨損，保持連續鏜削導向性，利于修正內孔直線度。

（2）鏜削余量的分配方法：第一次鏜削的目的是去除毛坯孔缺陷，切削參數：XXX；第二次鏜孔的作用是校正內孔直線度，切削參數：XXX；第三次鏜削是修正木質導向條磨損產生“讓刀”現象，減小鏜削入口與出口產生直徑差，并進一步校正內孔直線度，達到內孔直線度和尺寸精度要求，切削參數：XXX。

2.4 半精鏜

半精鏜采用可調式雙刃浮動鏜刀兩次鏜削。第一次鏜孔，切削參數：XXX，其目的是消除粗鏜孔時遺留的退刀劃傷、錐孔、圓度誤差等粗鏜缺陷；第二次鏜孔，切削參數：XXX，其目的進一步修正內孔錐度、圓度，為精鏜提供較好的切削環境。

2.5 精鏜孔

精鏜采用可調式雙刃浮動鏜刀，切削參數：XXX，其作用是提高內孔圓柱度、尺寸精度和表面粗糙度，達到精度指標要求。

3 工藝難點及解決措施

3.1 發射管外徑大、重量大，加工時工件易出現軸向竄動

采用在深孔鏜床自車架位的方法，保證了機床主軸回轉中心與發射管內孔中心一致，工件回轉時軸向受力平衡。

3.2 內孔直線度精度不易控制

（1）切削深度的合理選擇：粗鏜第一刀鏜削，選擇切削深度，應充分考慮內孔彎曲度、接刀臺階、刀傷等毛坯狀態情況，若切削深度過小會產生內孔鏜不圓的現象，造成鏜刀體沿原毛坯孔導向切削，這樣就不能修正內孔直線度，若切削深度過大，切削力增大，會造成打刀、劃傷、機床負荷過大等鏜削不利的因素，因此，要根據毛坯內孔狀態確定切削深度。

（2）采用在木質導向塊外表面墊紗布的方法，減小木質導向塊磨損，保持連續鏜削導向性，利于修正內孔直線度。

（3）粗鏜第三刀鏜削，采用較小切削深度，可減小切削力，避免出現“讓刀”現象，使刀體導向精度提高，能獲得好的內孔直線度。

3.3 精鏜削震刀

設計可調式雙刃浮動鏜刀切削刃幾何角度測量樣板，刀具刃磨時采用通用量具和專用量具相接合的檢測方法，保證兩切削刃幾何角度、圓柱刃長度L、圓柱刃棱帶寬度b的一致性，保證徑向切削力平衡，防止可調式雙刃浮動鏜刀竄動，引起鏜削震動；同時，減小圓柱刃長度L 和圓柱刃棱帶寬度b，增大切削刃主偏角K1 的角度，減小切削擠壓力，防止鏜削震動，如圖3 所示。

3.4 內孔直徑尺寸一致、尺寸精度、表面粗糙度指標不易保證

圖4 鏜削方式示意圖

采用半精鏜和精鏜的加工方式，并在不同鏜削階段選擇不同的切削參數，通過用可調式雙刃浮動鏜刀三次鏜削內孔，逐漸修正內孔圓柱度、尺寸精度和表面粗糙度，保證了產品內孔尺寸精度、圓度及表面粗糙度的精度要求。

4 結語

實踐證明，采用多次粗鏜內孔和增加浮動精鏜削內孔的工藝方法，能進一步提高超大口徑內孔直線度、圓度、粗糙度等加工精度。