深孔加工刀具設(shè)計與研究

深孔加工刀具設(shè)計與研究

1工程材料深孔加工的方法深孔加工難度大，加工工作量大。這是機械工程的一個重要過程。需要專門加工深孔的工具，如步槍鉆、bta系統(tǒng)和df系統(tǒng)。為適應(yīng)種類愈來愈多,加工難度愈來愈高的新型工程材料的深孔加工,深孔加工的方法已由傳統(tǒng)的切削加工方法發(fā)展到非傳統(tǒng)的切削工藝方法,前者是以機械力學(xué)為基礎(chǔ)的單刃或多刃刀具的切削方法,后者是以附加能量(如熱切削、低溫切削、磁化切削和振動)、附加介質(zhì)切削(如添加氣體切削或涂覆固體潤滑劑切削)、高速切削、電解切削、以及高能束與射流切削技術(shù)等。目前應(yīng)用最廣的還是傳統(tǒng)的切削加工方法。2車床深孔加工深孔的技術(shù)方法近年來我們在深孔加工領(lǐng)域結(jié)合生產(chǎn)實踐不斷總結(jié)經(jīng)驗,在C6140機床上加工帶有通孔準(zhǔn)50~120mm、長度為2~3m的小批量長軸深孔零件,如果定做專用槍鉆、BTA系統(tǒng)、DF系統(tǒng)等專門加工深孔的加工刀具。實在是得不償失,生產(chǎn)成本太高。根據(jù)深孔加工技術(shù)的特點,設(shè)計了如圖1所示的帶支撐減振裝置的深孔組合鏜孔刀具,解決了深孔加工技術(shù)的冷卻、潤滑、排屑、切屑處理、合理導(dǎo)向等核心問題。由于深孔的孔徑比大,刀桿細而長,刀具切入時設(shè)計有導(dǎo)向裝置和輔助支撐,從而解決了合理導(dǎo)向;安排了輸送冷卻液的裝置,切削時能夠充分得到冷卻并形成水流把切屑排除孔外;改進了刀具切削刃的直線型結(jié)構(gòu),使排屑、切屑得到很好處理效果。使用帶支撐減振裝置的深孔組合鏜孔刀具前,需要在工件中心鉆出預(yù)孔(鉆加工深孔工藝方法另篇論述);在車床上進行深孔加工屬于半封閉式切削,排屑困難,切削液不易進入切屑區(qū)。同時,切屑產(chǎn)生的熱量也不易散發(fā)出來。為避免因連續(xù)切削造成排屑不暢而將刀具損壞的情況,因此,鉆削深孔時,一般當(dāng)鉆削深度達到該鉆孔直徑的2~3倍時,就要退出鉆頭,以便排屑。這種加工方式的局限性是:所用刀具一般選用高速鋼材料如W6Mo5Cr4V2等。雖然抗彎強度高、沖擊韌性大,但機床主軸轉(zhuǎn)速通常情況下不會超過50r/min,對于大孔徑切削,機床主軸轉(zhuǎn)速往往達不到以上轉(zhuǎn)速。另外最小進給速度通常比較小,為0.04~0.15mm/r,而更大孔的深孔加工要求進給速度還要低。以45鋼Φ60mm孔為例,要求進給速度0.12mm/r,主軸轉(zhuǎn)速50r/min。我們根據(jù)高速鋼材料性能選擇合適的刀頭材料。3具體加工方法3.1帶支撐減振裝置深孔加工技術(shù)(1)將工件用機床三爪卡盤或四爪卡盤夾持,如果工件較長則需中心架支撐。刀具通過固定套固定在四方刀架或者中拖板上,由機床主軸帶動工件作旋轉(zhuǎn)運動,進給運動由大拖板提供。(2)車床上加工深孔時,深孔加工前須利用機床尾座和專門鉆深孔工具加工引導(dǎo)孔;使用帶支撐減振裝置的深孔組合鏜刀加工切削時,刀具兩側(cè)切削刃切削時背吃刀量相等,切削刃一個朝上,另一個朝下,切削力正好抵消,減小了機床的負載,(3)在刀具切削區(qū)域的尾部,設(shè)有很大的倒角,有利于切屑很流暢地排出孔內(nèi),刀桿上設(shè)有冷卻管,可形成一定壓力的水流把切屑帶出孔外,避免了深孔加工時因出屑不暢“悶刀”。(4)使用支撐螺釘時,與孔配合的松緊要適當(dāng),太緊容易出現(xiàn)卡死現(xiàn)象,太松就會振動。使用支撐螺釘加工時,既起到支撐點作用,又起到導(dǎo)向作用,就不會“讓刀”而產(chǎn)生錐度,也不會振動,從而保證了加工質(zhì)量。支撐螺栓里面安裝了滾珠,使支撐點的接觸面幾乎是一個點,加工出孔的直線度可達到0.1mm,粗糙度可以達到Ra3.2。3.2設(shè)備結(jié)構(gòu)和加工3.2.1建立固定支撐座的螺紋孔帶支撐減振裝置的深孔組合鏜刀如圖1所示,由刀桿10及切削區(qū)域、刀桿裝夾套12、支撐座1組成。此刀桿切削區(qū)域設(shè)置了兩個方孔,相隔25mm左右,其方孔的軸線互成90°交叉,方孔內(nèi)安裝高速鋼車刀,尺寸與方孔尺寸相匹配,最關(guān)鍵在于每把車刀前后處設(shè)有安裝支撐座的螺紋孔,這樣保證了刀具切削時不會發(fā)生振動,安裝支撐座的螺紋孔設(shè)計在與刀具軸線垂直的方向上。在加工過程中即使刀具切削時被吃刀量不完全相等,也會被支撐座撐住,故此刀桿再長也不會發(fā)生振動。(1)兩刀互成90°的最大好處在于排屑順暢,后一把刀不會擋住切屑的排出。互成角度太小或者刀具安排太多太密不利于排屑,從而出現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象,刀具損壞,不能順利加工。(2)刀桿切削區(qū)域直徑應(yīng)大于后面刀桿直徑10mm以上,形成容屑空間,切削時順利排除切屑。(3)安裝在刀具孔中的刀具長度L應(yīng)為:L=(所需加工的孔徑-預(yù)孔的直徑)/2+預(yù)孔的直徑3.2.2加工深孔的加工(1)加工使用帶支撐減振裝置的深孔組合鏜刀之前,利用深孔鉆孔工具和機床尾座在工件上加工出預(yù)孔(鉆加工深孔工藝方法另篇論述),預(yù)孔大小盡量與刀桿切削區(qū)域的最前端直徑14相當(dāng),使刀頭的最前端14直徑與預(yù)孔相抵,(2)使用時,刀桿10套在刀桿裝夾套13內(nèi),M10螺栓通過裝夾套上的內(nèi)螺紋11壓緊刀桿,刀桿裝夾套12部分安裝在刀架上,刀桿在刀桿裝夾套13內(nèi)可以調(diào)整適當(dāng)?shù)拈L度,高速鋼刀具裝在方形刀槽15、8內(nèi),利用4、7的內(nèi)螺紋安裝M10的螺栓緊固刀具,4處只有一個螺紋孔緊固刀具,因此螺栓比7處螺栓直徑要大,刀具安裝時一端刀刃長度要是另一端的2倍,加工過程中短刀刃、長刀刃最好是同時切削,實際操作過程中可能很難做到,那么我們在刀具調(diào)試時短刀刃先與長刀刃切削,短刀刃、長刀刃兩刀之間距離相差越短越好。此時刀具兩側(cè)刀刃同時切削,并且背吃刀量盡可能相等,使機床負載減到最低。(3)如果預(yù)孔大于刀頭部分的最大直徑時,我們就在第一個支撐座螺紋孔5處安裝上支撐座,調(diào)整上、下兩側(cè)支撐座螺栓的長度使其與預(yù)孔的直徑相當(dāng),使其得到支撐作用,保證了加工時的工藝剛性。第一把刀加工出的孔徑,正好作為第二把刀切削時的預(yù)孔,刀具的長度按照以上公式計算,才能使刀具兩側(cè)切削刃的切削余量盡量相等,即使相差一點,支撐螺栓就會抵消不平衡的扭力,從而使刀具不會產(chǎn)生震動,可以一次加工出很大直徑的深孔,在加長C6140機床上可加工準(zhǔn)50~120mm直徑的深孔。(4)切削區(qū)域由方形刀槽切削部分15、8、安裝支撐座螺栓孔5、6及緊固方形高速鋼刀具的螺栓孔4、7,兩把方形高速鋼刀體安裝15、8方孔內(nèi),兩把刀具軸線交叉成90°組成切削部分,在刀具的徑向兩側(cè)成90°垂直處各有一個支撐座,保證了刀具切削時不會發(fā)生振動或抖動,切削中主軸轉(zhuǎn)速n、走刀量f不能大。第一把刀切削結(jié)束后,第二把成90°擺布的車刀用同樣的方法繼續(xù)把孔加工到更大的尺寸,兩把刀具長度差值是后一把高速鋼刀具加工的余量,使刀具的效率成倍地提高。(5)在安裝支撐座螺栓孔5、6處安裝支撐座形成支撐點,支撐點置于刀刃前,根據(jù)內(nèi)孔徑向尺寸調(diào)整螺紋確定兩個導(dǎo)向支撐座最大點徑向尺寸,解決了因刀桿剛性不足、導(dǎo)向不好使刀桿走偏,引導(dǎo)刀具切削時不會產(chǎn)生偏斜,加工時也不會“讓刀”。增加刀桿強度,保證直線度達到圖紙要求。支撐座里面安裝了滾珠2,在滾珠下安裝有硬性彈簧,滾珠2使支撐點的接觸面幾乎是一個點,不但加工出孔的直線度得到保障,而且減小摩擦阻力;硬性彈簧使支撐座具有柔性,當(dāng)加工的內(nèi)孔有錐度時,硬性彈簧就會被壓縮,使支撐座最大點徑向尺寸變小,切削刀具不會“卡死”,保護了機床和刀桿。加工出孔的直線度可達到0.1mm,粗糙度可以達到Ra3.2。(6)刀桿內(nèi)設(shè)有冷卻液管槽9,形成一定壓力的水流把切屑帶出孔外,避免了深孔加工時因出屑不暢“悶刀”。刀桿切削區(qū)域直徑大于后面刀桿直徑10mm以上,形成容屑空間。在刀具切削區(qū)域的尾部,設(shè)有很大的倒角,有利于切屑很流暢地排出孔內(nèi),刀桿上面設(shè)有安放冷卻管的圓弧槽,使高壓水沖涮切削區(qū)域,起到冷卻刀具作用并且形成不斷排屑的水流,切削時為了形成斷屑刃傾角為2°~3°,刀刃上磨出斷屑臺階有利于斷屑。4量深孔組合刀具此種