普通車床改裝深孔加工機床結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、目 錄1 緒 論 11.1 深孔概念 11.2 深孔加工中存在的問題 11.3 深孔加工發(fā)展歷史 12 深孔加工系統(tǒng) 32.1 深孔加工系統(tǒng)介紹 3 3 3 4 4 5 5 6 6 6 72.2 深孔加工中設(shè)備要求 7 7 82.3 車床改造原因 83 課題分析 93.1 機床參數(shù)對比 9深孔鉆床主要技術(shù)參數(shù) 9普通車床主要技術(shù)參數(shù) 93.2 機床結(jié)構(gòu)對比 103.3 機床加工對比 123.4 改造可行性分析 13加工方法分析 13加工受力分析 14加工功率分析 163.5 改造方案 194 設(shè)計過程 214.1 負(fù)壓抽屑分析 21負(fù)壓抽屑原理 21影響負(fù)壓抽屑效應(yīng)的因素 224.2 SIED

2、抽屑器參數(shù)的選取 264.3 SIED抽屑器結(jié)構(gòu)設(shè)計 27鉆柄卡頭設(shè)計 28后噴嘴設(shè)計 30管聯(lián)接件設(shè)計 31前噴嘴設(shè)計 32密封墊設(shè)計 33前帽設(shè)計 34后蓋設(shè)計 35箱體設(shè)計 36裝配效果 374.4 SIED輸油器結(jié)構(gòu)的選取 38密封套設(shè)計 38后堵設(shè)計 39后蓋設(shè)計 40定徑套設(shè)計 41前內(nèi)套設(shè)計 42前蓋設(shè)計 43輸油器箱體設(shè)計 44裝配效果 454.5 總體改裝圖 45結(jié) 論 47參 考 文 獻 48致 謝 501 緒 論1.1 深孔概念在機械制造行業(yè)中，一般規(guī)定孔深L與孔徑do之比大于5的圓柱孔（內(nèi)圓柱面）稱為深孔1，即Ldo5的孔稱為深孔，Ldo5的孔稱為淺孔?？准庸し譃闇\孔加

3、工和深孔加工兩類?？咨疃扰c直徑之比,決定了孔加工藝系統(tǒng)的剛度及刀具結(jié)構(gòu)上的特點。Ldo增大,工藝系統(tǒng)剛度降低，切屑排出及冷卻潤滑的難度加大。1.2 深孔加工中存在的問題(1 鉆孔時不能直接觀察刀具的切削情況，工作過程中只能憑聽聲音、看切屑、觀儀表(油壓表及電表等、摸振動等外觀現(xiàn)象，來判斷切削過程是否正常。(2 孔的深徑比大，鉆桿細(xì)而長，剛性低，易振動，鉆孔易走偏，因此，支承導(dǎo)向極為重要。(3 切屑排除困難，必須要保證可靠地斷屑。切屑的長短和形狀要加以控制，如果切屑堵塞則會引起刀具損壞。由于排屑空間受到鉆桿的限制，套料鉆鉆孔有料芯的干擾，排屑條件更為惡劣，因此需要強制排屑。(4 切削熱不易散出，

4、工作條件惡劣，必須采用有效的冷卻方式。1.3 深孔加工發(fā)展歷史最早用于加工金屬的深孔鉆頭是扁鉆。它發(fā)明干18世紀(jì)初，1860年美國入對扁鉆做了改進，發(fā)明了麻花鉆，在鉆孔領(lǐng)域邁出了重要的一步。在20世紀(jì)初期，德、英、美等國家的軍事工業(yè)部門先后發(fā)明了單刀鉆孔工具，因用于加工槍孔而得名槍鉆。在1943午，德國海勒公司研制出畢斯涅耳（Beisner）加工系統(tǒng)(即我國常稱的內(nèi)排屑深孔鉆削系統(tǒng)。戰(zhàn)后，英國的維克曼公司、瑞典的卡爾斯德特公司、德國的海勒公司、美國的孔加工協(xié)會、法國的現(xiàn)代設(shè)備商會等聯(lián)合組成了深孔加工國際孔加工協(xié)會(Boring and Trepanning Association，簡稱BTA協(xié)

5、會。經(jīng)過他們的努力,這種特殊的加工方法又有了新的發(fā)展，并被定名為BTA法，在世界各國普遍應(yīng)用。后來瑞典的山特維克公司首先設(shè)計出可轉(zhuǎn)位深孔鉆及分屑多刃錯齒深孔鉆，使BTA法又有了新的飛躍。20世紀(jì)70年代中期，出日本冶金股份有限公司研制出的DF(Double Feeder法為單管雙進油裝置，它是把BTA法與噴吸鉆法兩者的優(yōu)點結(jié)合起來的一種加工方法，目前廣泛應(yīng)用于中、小直徑內(nèi)排屑深孔鉆削。20世紀(jì)80年代初至21世紀(jì)初，中北大學(xué)機械制造工藝研究所王峻教授等人完成了SIED深孔加工集成技術(shù)及裝備的研制開發(fā)，并在生產(chǎn)實踐中獲得成功應(yīng)用。SIED技術(shù)是在歸納現(xiàn)有的槍鉆、BTA鉆、雙管噴吸鉆、DF系統(tǒng)等各

6、種深孔加工技術(shù)優(yōu)點，并最大限度避免其缺點的基礎(chǔ)上形成的一種具有創(chuàng)新性和實用性的深孔加工技術(shù)體系。2 深孔加工系統(tǒng)2.1 深孔加工系統(tǒng)介紹深孔加工系統(tǒng)是以深孔加工中所用的冷卻、排屑裝置來分類的。目前，國內(nèi)、外常用的深孔加工系統(tǒng)有槍鉆系統(tǒng)、BTA系統(tǒng)、噴吸鉆系統(tǒng)、DF系統(tǒng)和SIED系統(tǒng)。這些系統(tǒng)除用于與之對應(yīng)的鉆頭進行鉆削外，亦可以用于其它深孔刀具切削加工，如深孔鏜削、鉸削和珩磨等。槍鉆系統(tǒng)屬于外排屑方式，其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，主要由中心架、扶正器、鉆桿聯(lián)結(jié)器和冷卻潤滑油路系統(tǒng)組成。其中中心架輔助機床卡盤用于裝夾工件；扶正器主要用于鉆頭人鉆時導(dǎo)向。并提供向外排屑的通道；尾架用于夾持鉆頭柄部，支承鉆

7、削扭矩和軸向力。槍鉆系統(tǒng)的工作原理是：切削液通過尾架上輸油人口進入鉆桿內(nèi)部，到達鉆頭頭部進行冷卻潤滑，并將切除的切屑從鉆頭外部的V型槽中排出。由于切屑由鉆頭和鉆桿外部排出，容易擦傷已加工孔表面，其加工質(zhì)量要低于內(nèi)排屑方式的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要用于小直徑(一般20 mm深孔加工。圖2.1 槍鉆系統(tǒng)(1 結(jié)構(gòu)性缺陷: 鉆頭與鉆桿不可拆卸，每次重磨時必須整體更換，從而增加了輔助時間；鉆桿為薄壁無縫管軋成月牙形斷面，其扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度遠(yuǎn)低于內(nèi)排屑深孔鉆；鉆桿的外徑、壁厚與鉆頭直徑之間存在著嚴(yán)格的比例關(guān)系，即使鉆頭尺寸變動不大，也必須為之配制專用的鉆桿；槍鉆加工對油壓的要求極高（為內(nèi)排屑深孔加工的3-5倍

8、）；槍鉆鉆桿為一根整體，其全長由工件孔深等尺寸決定。(2 工藝性缺陷: 工藝性最差，如：薄壁異型鉆桿與鉆頭的對焊，鉆頭小，出油孔的加工，低剛度異型鉆桿的校直，一對一地按鉆頭直徑配制鉆桿，鉆頭刃磨和重磨時必須連帶一根長長的鉆桿。(3 其他方面的不足: 槍鉆機床迄今未能擺脫專用設(shè)備的范疇，槍鉆沒有與之配套使用的精加工刀具。BTA系統(tǒng)屬于內(nèi)排屑方式。其結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。主要由中心架、授油器、鉆桿聯(lián)結(jié)器和冷卻潤滑油路系統(tǒng)組成。BTA系統(tǒng)中的授油器與槍鉆系統(tǒng)中的扶正器功能不同，授油器除了具備導(dǎo)向扶正功用外，還提供了向切削區(qū)輸油的通道。BTA系統(tǒng)的工作原理是：切削液通過授油器從鉆桿外壁與已加工表面之間的

9、環(huán)形空間進入，到達刀具頭部進行冷卻潤滑，并將切屑經(jīng)鉆桿內(nèi)部推出。該系統(tǒng)使用范圍廣泛，適用于深孔鉆削、鏜削、鉸削和套料，但受到鉆桿內(nèi)孔排屑空間的限制主要用于自得12 mm的深孔加工。圖2.2 BTA系統(tǒng)(1 結(jié)構(gòu)性缺陷: 單出屑口的Beisner內(nèi)排屑深孔鉆相對排屑面積過??；BTA鉆采用雙出屑口錯齒結(jié)構(gòu)和切屑刃上磨出斷屑臺，由此鉆頭結(jié)構(gòu)大大復(fù)雜化；斷屑臺的設(shè)置使其成為一次性使用（不可重磨）的復(fù)雜工具。(2 工藝性缺陷: 錯齒BTA鉆結(jié)構(gòu)工藝性較差，必須有專業(yè)化程度很高的工具制造廠家才能生產(chǎn)。(3 功能性的缺陷: BTA鉆的最小可鉆孔直徑為16 mm左右，實際上少用于20 mm以下的鉆孔，BTA鉆

10、的國際銷售價格很高，其焊接型結(jié)構(gòu)又只能一次性使用，機夾可轉(zhuǎn)位型的BTA錯齒鉆壽命較長，但價格又貴很多。(4 其他方面的不足: BTA刀具中沒有內(nèi)排屑的精加工刀具，因而限制了BTA鉆床的加工能力。噴吸鉆系統(tǒng)主要用于內(nèi)排屑深孔鉆削加工。噴吸鉆系統(tǒng)利用了流體力學(xué)的噴射效應(yīng)的原理，當(dāng)高壓流體經(jīng)過一個狹小的通道噴嘴高速噴射時，在這般噴射流的周圍形成低壓區(qū)中可將噴嘴附近的流體吸走。噴吸鉆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.3所示，其工作原理是：切削液在一定壓力作用下，由聯(lián)結(jié)器上輸油口進入，其中23的切削液向前進人內(nèi)、外鉆桿之間的環(huán)形空間，通過鉆頭柄部上的小孔流向切削區(qū)，對切削部分、導(dǎo)向部分進行冷卻與潤滑并將切屑推人內(nèi)鉆桿內(nèi)腔

11、向后排出；另外13的切削液，由內(nèi)鉆桿上月牙狀噴嘴高速噴人內(nèi)鉆桿后部，在內(nèi)鉆桿內(nèi)腔形成一個低壓區(qū)，對切削區(qū)排出的切削液和切屑產(chǎn)生向后的抽吸。在推、吸雙重作用下，促使切屑迅速向外排出。因此，在噴吸鉆鉆孔時，切削液壓力低而穩(wěn)定不易外泄，排屑順暢，降低了鉆削系統(tǒng)的密封要求，保證了鉆削加工可以在較大的切削用量下進行。噴吸鉆系統(tǒng)由中心架、支承架、內(nèi)鉆桿、外鉆桿及冷卻潤滑系統(tǒng)等組成。由于有內(nèi)管，噴吸鉆加工最小直徑范圍受到限制，般不能小于18 mm。圖2.3 噴吸鉆系統(tǒng)噴吸鉆系統(tǒng)的缺陷(1 其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于制造，成本太高。(2 雙管噴吸鉆的負(fù)壓抽屑功能不理想。表現(xiàn)之一是18.4 mm以下的深孔不能采用此種技術(shù)

12、；表現(xiàn)這二是雙管噴吸鉆不適用于鉆孔深度超過1000 mm。(3 雙管噴吸鉆適用于孔深不大的較大批量生產(chǎn)，而不適用于多品種小批單件生產(chǎn)。系統(tǒng)DF為英文Double Feeder的縮寫，原意為雙進油裝置，是20世紀(jì)70年代中期日本冶金有限股份公司研制出來的。它并非獨創(chuàng)，而是將BTA方法推出切屑與噴吸鉆吸出切屑的方法相結(jié)合，僅用一個鉆桿完成推、吸雙重作用。它同時具備了BTA系統(tǒng)和噴吸鉆系統(tǒng)的優(yōu)點，并克服不足，使鉆削直徑范圍增大(最小直徑可達6 mm，密封壓力減小，加工精度和效率提高。DF系統(tǒng)需要把切削液分成兩條路線分別供給授油器和聯(lián)結(jié)器，如圖2.4所示。其工作原理是：約2/3的切削液同BTA系統(tǒng)一樣

13、由授油器進入，并從鉆桿外壁與已加工孔表面之間的環(huán)形空間到達鉆頭頭部，并將切屑從鉆桿內(nèi)部推出；另外1/3的切削液直接從鉆桿聯(lián)結(jié)器的負(fù)壓裝置進入鉆桿內(nèi)腔，產(chǎn)生一定的負(fù)壓。將切削區(qū)的切削液和切屑向后抽吸，促使切屑順利排出。圖2.4 DF系統(tǒng)系統(tǒng)的缺陷(1 DF系統(tǒng)的抽屑器設(shè)計很不成熟，實踐中DF系統(tǒng)僅在有限范圍內(nèi)能替代BTA和雙管噴吸鉆。(2 DF系統(tǒng)沿襲了BTA刀具系統(tǒng)（無套料刀具），既繼承了BTA鉆的優(yōu)點，同時又沿襲了BTA鉆的缺陷。系統(tǒng)SIED是“單管內(nèi)排屑深孔噴吸加工”的英文名稱縮寫，是一種以BTA、雙管噴吸鉆、DF鉆三種內(nèi)排屑深孔鉆削技術(shù)為基礎(chǔ)，并吸收了槍鉆的若干優(yōu)點，經(jīng)過改進創(chuàng)新的單管內(nèi)

14、排屑噴吸加工技術(shù)。1-SIED實體鉆頭；2-工件；3-輸油器；4-SIED抽屑器圖2.5 SIED系統(tǒng)(1 以單管內(nèi)排屑噴吸鉆作為深孔鉆削的基本統(tǒng)一模式，以“分調(diào)式功率增補型噴吸鉆抽屑器”為技術(shù)依托，將內(nèi)、外排屑深孔鉆統(tǒng)一為整體，消除了內(nèi)外排屑的鉆孔直徑“禁區(qū)”。換句話說，原來的槍鉆改為內(nèi)排屑結(jié)構(gòu)，使鉆具有剛度提高一倍以上，鉆頭與鉆桿在11 mm 以上均可拆卸更換，對原來的內(nèi)排屑深孔鉆而言，擺脫了不能鉆小深孔的局限，清除了排屑隱患，而且可以不磨斷屑臺，使刀具如槍鉆一樣可實現(xiàn)多次重磨。(2 集實體鉆、擴鉆、鉸孔、鏜孔、珩磨等所有深孔加工方法于同一類型的SIED深孔機床，使深孔加工方法實現(xiàn)了全方位

15、化。2.2 深孔加工中設(shè)備要求深孔加工難度高、加工工作量大，對深孔加工機床、刀具、還是夾具、輔具都提出了更高的要求。高壓冷卻液刃具深孔加工的機床一般具有很高的切削速度，并能得到良好的光潔度和嚴(yán)格的公差，而且有對材料冷作硬化的趨勢，所以應(yīng)當(dāng)比普通切削機床(如普通的鉆削、鉸孔和鏜孔的機床要求有更好的強度和剛性。(1 應(yīng)有足夠的剛度：內(nèi)排屑深孔鉆采用高轉(zhuǎn)速、大進給量進行加工，扭矩及軸向力都很大，機床的剛性對加工孔的精度和鉆頭的耐用度都有較大的影響。(2 機床電機應(yīng)具有足夠的功率。(3 進給機構(gòu)必須穩(wěn)定可靠：進給平穩(wěn)，不能有爬行現(xiàn)象。機床的進給量最好是無級調(diào)速，以適宜多種材料的深孔加工，一般進給量在0

16、.05-0.35mm/r范圍內(nèi)。最好使用帶有過載保護的進給機構(gòu)。(4 機床的主軸軸向竄動要?。簯?yīng)把機床主軸軸向竄動調(diào)整到允許的范圍內(nèi)，否則易引起振動而打刀。(5 應(yīng)具有一定的控制系統(tǒng)：如主軸負(fù)荷表、進給量表、超載安全裝置等，以保證深孔加工的可靠性。(6 機床主軸的徑向跳動量不得超過0.02mm2。(1 要求機床主軸和導(dǎo)向套之間的跳動量不得超過0.02mm，以保證兩者的同軸度要求。為減小機床主軸和導(dǎo)向套的同軸度誤差，最好在所用的機床上直接加工出導(dǎo)向套的底孔。(2 要求導(dǎo)向套和工件之間的距離不得超過1mm，以保證鉆頭初鉆時良好地貫穿和足夠的冷卻液流量。(3 鉆桿的聯(lián)結(jié)器與機床主軸應(yīng)有一定的同軸度要

17、求。尤其當(dāng)采用鉆頭旋轉(zhuǎn)的加工方式時，鉆桿聯(lián)結(jié)器應(yīng)嚴(yán)格對中，以保證與機床主軸有公共的旋轉(zhuǎn)軸線。22.3 車床改造原因由于深孔鉆床的特殊性，其價格比較昂貴。對于非專業(yè)化深孔加工的廠家，成本過高。一般普通車床不具有深孔鉆削功能，只有專用的深孔鉆床才具有深孔加工功能，而專用的深孔鉆床不具有萬能性，不能進行車削、鏜削等加工。而采用普通車床改裝為深孔加工機床，由于其成本低、制造周期短以及一床多用(車削、深孔鉆削、深孔鏜削和深孔珩磨等優(yōu)點。3 課題分析3.1 機床參數(shù)對比深孔鉆床主要技術(shù)參數(shù)工件旋轉(zhuǎn)、刀具進給式BTA深孔鉆床主要技術(shù)參數(shù)1表3.1 東芝 DBH-710主要技術(shù)參數(shù)項目單位規(guī)格床身最大回轉(zhuǎn)直徑

18、mm320最大加工孔徑mm1265最大加工孔深mm1000工件中心架支承直徑mm20160主軸轉(zhuǎn)速r/min2001500（無級）進給速度mm/min3250工件快進mm/min4000卡盤9，3爪卡盤主傳動電機kWAC22（轉(zhuǎn)換開關(guān)控制）工件中心架承重kg200普通車床主要技術(shù)參數(shù)CA6140主要技術(shù)參數(shù)表3.2 CA6140主要技術(shù)參數(shù)項目單位規(guī)格床身上最大回轉(zhuǎn)直徑mm400刀架上回轉(zhuǎn)直徑mm210二頂尖間距離mm750主軸通孔直徑mm52；76；80主軸頭形式-A6；C8；D8床身導(dǎo)軌寬度mm400床身導(dǎo)軌硬度RC52主軸轉(zhuǎn)速范圍r/min10-1400(續(xù)前表進給量范圍（標(biāo)準(zhǔn)）mm/r

19、0.08-1.59進給量范圍（細(xì)進給）mm/r0.028-0.054進給量范圍（加大進給）mm/r1.71-6.33加工公制螺紋范圍（44種）mm1-192加工英制螺紋范圍（20種）tpi24-2加工模數(shù)螺紋范圍（39種）mm0.25-48加工徑節(jié)螺紋范圍（37種）DP96-1主電機功率kW7.5主電機轉(zhuǎn)速r/min1450快速電機功率W370快速電機轉(zhuǎn)速r/min2600冷卻泵功率W90冷卻泵流量L/min25機床凈重kg1990機床輪廓尺寸（長×寬×高）mm2418×1000×12674 設(shè)計過程4.1 負(fù)壓抽屑分析如圖4.1所示，SIED系統(tǒng)負(fù)壓產(chǎn)

20、生的機理是：切削液經(jīng)負(fù)壓裝置高速射入排屑通道，與向外流動的切削液混合進行能量轉(zhuǎn)換。排屑通道中向后流動的切削液，在射流噴嘴口處的能量轉(zhuǎn)換區(qū)獲得能量。切削液流速得以提高。這樣，排屑通道內(nèi)向后流動的切削液在能量轉(zhuǎn)換前后的流速產(chǎn)生梯度，具有不同的能量，形成壓力差。在能量轉(zhuǎn)換區(qū)前的切削液壓力低，在能量轉(zhuǎn)換區(qū)后邊的壓力高。因而產(chǎn)生真空區(qū)，即負(fù)壓區(qū)。在負(fù)壓區(qū)切屑液的流動速度加快，提高了排屑效果。(2 鉆柄卡頭設(shè)計圖4.8 抽屑器鉆柄卡頭(1徑向尺寸確定：1鉆桿外徑18 mm鉆柄內(nèi)徑18 mm鉆柄外徑30 mm鉆柄卡頭內(nèi)徑30 mm鉆柄卡頭后外徑40 mm2 鉆柄卡頭前錐兩外徑取為40 mm和50 mm(2軸

21、向尺寸確定：估取鉆柄長度50 mm鉆柄卡頭全長為50 mm(3材料選取工作時經(jīng)常拆卸且經(jīng)常受磨擦，選工具鋼T8圖4.9 抽屑器后噴嘴(1徑向尺寸確定：1 鉆桿內(nèi)徑12 mm前噴嘴后內(nèi)徑14 mm后噴嘴前內(nèi)徑14 mm后噴嘴中內(nèi)徑18 mm管聯(lián)接件內(nèi)徑19 mm后噴嘴后管螺紋尺寸Rc 3/4后噴嘴后內(nèi)徑22 mm后噴嘴外徑45 mm后噴嘴調(diào)節(jié)螺紋M45×1.52 估取O形圈直徑3.55 mm及由后噴嘴外徑45 mm后噴嘴O形圈溝槽尺寸6.2×2.74 mm(3材料選取工作時受抽屑箱體內(nèi)切削液壓力，選優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45 本團隊全部是在讀機械類研究生，熟練掌握專業(yè)知識，精通各類機

22、械設(shè)計，服務(wù)質(zhì)量優(yōu)秀?？扇梯o導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計，知識可貴，帶給你的不只是一份設(shè)計，更是一種能力。聯(lián)系方式：QQ712070844，請看QQ資料。結(jié) 論本文對車床改造成深孔加工機床進行了可行性分析，完成了對SIED系統(tǒng)中輸油器和抽屑器的三維實體建模，在本次設(shè)計中我學(xué)會了用CATIA進行三維實體建模，并生成工程圖，學(xué)會了CATIA和AUTOCAD之間格式的轉(zhuǎn)換，了解查閱資料的方法，最重要的是學(xué)會了機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般方法。參 考 文 獻1 王峻.現(xiàn)代深孔加工技術(shù),哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,20052 王世清 :石油工業(yè)出版社,20033 ,19794 3 :人民鐵道出版社,19784 (美斯溫哈特編輯 ,19745 徐鳳英 20046 北京金屬切削理論與實踐編委會. <金屬切削理論與實踐>中冊.北京：北京出版社.19