車(chē)床上鉆鏜深孔和小孔經(jīng)驗(yàn)技巧
2020-4-18 來(lái)源： 中車(chē)北京南口機(jī)械有限公司 作者：鄭文虎 張明杰
摘要：在車(chē)床上鉆鏜深孔是十分困難的工作，刀桿直徑小和剛度差，容易產(chǎn)生振動(dòng)，而且因孔直徑小排屑和冷卻潤(rùn)滑不好，鉆頭易折斷在孔中不易取出，往往成為生產(chǎn)中的難題。但只要掌握其要領(lǐng)或改善工裝，就一定能順利完成此類(lèi)工件的加工。
所謂深孔，就是長(zhǎng)徑比大于5 的孔。但在實(shí)際工作中，經(jīng)常遇到長(zhǎng)徑比大于100的超深孔。下面介紹幾條鉆鏜深孔和小孔的經(jīng)驗(yàn)，這是從幾十年為解決這類(lèi)生產(chǎn)技術(shù)難題后的總結(jié)。從這些技術(shù)經(jīng)驗(yàn)中，可以看出“事在人為”和“辦法總比困難多”的精辟論斷，用此經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)無(wú)數(shù)次成功解決此類(lèi)工件的加工。
1. 掌握技術(shù)要領(lǐng)可順利鉆好超深小直徑孔
圖1 機(jī)床主軸坯件
圖1所示的工件為機(jī)床主軸毛坯，需鉆削長(zhǎng)徑比大于120的?6mm油孔。鉆削它的難度是孔徑小、長(zhǎng)徑比大、鉆桿剛度極差。而且在鉆孔過(guò)程中，稍為不慎易將鉆頭折斷在孔中，不能取出，有時(shí)因?qū)虿缓冒芽足@偏。
（1）刃磨鉆頭和焊接加長(zhǎng)鉆桿。刃磨鉆頭時(shí)，為了減小鉆削時(shí)的軸向切削力，應(yīng)把鉆頭的橫刃寬度b修磨小，一般使b=（0.04～0.06）d0，d0為鉆頭直徑。在焊接加長(zhǎng)鉆桿時(shí)，為了使鉆頭焊接固，除在焊口橫斷面進(jìn)行焊接外，還應(yīng)在鉆頭插入鉆桿的部位進(jìn)行（磨一缺口）焊接。鉆桿長(zhǎng)度大于孔深100mm，以便于裝夾在車(chē)床方刀臺(tái)上。鉆桿直徑比鉆頭直徑小0.15～0.2mm，但不能太小，以免導(dǎo)向不好把孔鉆偏。
（2）鉆孔。把工件用卡盤(pán)和中心架安裝在車(chē)床上，先用車(chē)床尾座和中心鉆在工件端面上鉆一個(gè)直徑略大于鉆孔直徑的孔使鉆頭定位孔，再用標(biāo)準(zhǔn)?6mm鉆頭鉆一個(gè)盡可能深的導(dǎo)向孔，然后把加長(zhǎng)鉆頭用V形鐵和刀墊安裝在車(chē)床方刀臺(tái)上，鉆頭伸出長(zhǎng)度的1/2孔深，以增加鉆桿剛度。采用大拖板走刀鉆孔，并在床鞍前面的大導(dǎo)軌上放置一塊控制每次進(jìn)刀深度的方鐵塊，每次進(jìn)刀深度約等于鉆頭直徑（注意寧小勿大），這時(shí)必須果斷退出鉆頭排屑與潤(rùn)滑。千萬(wàn)不要僥幸疏忽鉆深，以免因鉆頭容屑槽中切屑過(guò)多，造成摩擦力增大而扭斷鉆頭。每次快速進(jìn)刀快到切削表面前（即床鞍碰到方鐵前2mm左右），改為手動(dòng)，以免使鉆頭撞在切削表面上，使鉆頭折斷。當(dāng)鉆到約1/2孔深后，把鉆桿伸出孔的全長(zhǎng)，繼續(xù)把孔鉆完。鉆削時(shí)，一般工件材料的切削速度vc=15m/m i n左右，若是經(jīng)過(guò)熱處理調(diào)質(zhì)的材料，vc應(yīng)低一些。進(jìn)給量f=0.05～0.08mm/r左右。
2. 鉆好大深孔的關(guān)鍵
在車(chē)床上鉆大直徑的深孔，這類(lèi)工件大多數(shù)是空心活塞桿、空心細(xì)長(zhǎng)軸、機(jī)床主軸等。它們的孔徑為?30～?60mm，孔深達(dá) 1 000～2 500mm。使用麻花鉆頭鉆這些孔的風(fēng)險(xiǎn)是鉆頭易研傷、折斷、退刀脫落在孔中不易取出。還因排屑困難和多次退出排屑，不易冷卻潤(rùn)滑。由于鉆頭直徑大、軸向切削力大，不利于用車(chē)床床鞍自動(dòng)走刀進(jìn)給。所以，一般沒(méi)有掌握操作技術(shù)的人員都望而卻步。但是只要按下面的操作技術(shù)要領(lǐng)去做，就能順利地把大深孔鉆出。
（1）鉆頭。采用標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頭，應(yīng)把鉆頭的橫刃磨窄，寬度b=（0.04～0.06）d0，d0為鉆頭直徑。這樣會(huì)增大鉆心處前角和減小軸向切削力。但在刃磨鉆頭時(shí)，最好把鉆型磨成三尖七刃群鉆型，它的好處是鉆頭定心好、能分屑、切削力和軸向切削力小與散熱好，但擴(kuò)孔鉆頭還是采用原來(lái)的鉆型。在鉆孔時(shí)，為了防鉆頭無(wú)容屑槽（即錐柄左面的圓柱部分）的那段圓柱，因此部分未淬火而同時(shí)也是45鋼，易與孔壁摩擦、研傷和把鉆頭研掉在孔中，不易取出。所以在鉆頭使用前，應(yīng)把此段外圓磨小0.5～1.5m m。這樣就算有時(shí)在退刀排屑時(shí)把鉆頭掉在孔中，也很容易取出。
（2）鉆桿。鉆孔的深度為1000mm以上時(shí)，應(yīng)制作兩根鉆桿。一根長(zhǎng)度約為1/2孔深，另一根為孔的全長(zhǎng)加上在車(chē)床方刀臺(tái)裝夾的長(zhǎng)度，并將此部分銑扁而便于裝夾。鉆桿的直徑應(yīng)比鉆頭的直徑小0.3～0.6mm。為了減小切屑碎末對(duì)鉆桿外圓表面的拉傷，應(yīng)對(duì)鉆桿外圓表面進(jìn)行滾壓加工，以提高其表面硬度和光滑程度。
（3）鉆孔。把工件安裝在卡盤(pán)和中心架中，先用車(chē)床尾座和大直徑中心鉆鉆一個(gè)大的定位孔，再用相同直徑的標(biāo)準(zhǔn)鉆頭鉆一個(gè)盡可能深的導(dǎo)向孔。然后把短的加長(zhǎng)鉆桿安裝在車(chē)床方刀臺(tái)上，并使鉆桿軸心與工件軸線(xiàn)同軸，在鉆桿錐孔內(nèi)裝緊已磨好的鉆頭后即可鉆孔。鉆孔時(shí)，在床鞍前面的大導(dǎo)軌上放一方鐵塊，以確定鉆孔深度鉆頭的位置
切削速度vc根據(jù)工件材料的性能來(lái)選擇，一般鋼材vc=15～20m/min，要是合金調(diào)質(zhì)鋼，vc就應(yīng)低一些。進(jìn)給量f=0.2～0.35m m/r。每次自動(dòng)進(jìn)給長(zhǎng)度約等于或小于鉆頭直徑后，就必須退出鉆頭進(jìn)行排屑與潤(rùn)滑（包括鉆桿外圓）。第二次快速進(jìn)給移動(dòng)大拖板到鐵塊前2m m左右，停止快速后改為自動(dòng)進(jìn)刀鉆削。重復(fù)上述操作鉆到終點(diǎn)。如孔還很深，換上長(zhǎng)鉆桿，重新設(shè)置定位鐵塊位置，還按上面的操作方法，把孔鉆至要求。
（4） 擴(kuò) 孔 。 對(duì) 孔 徑 為?40m m以下的深孔，可以一次走刀鉆出而不必?cái)U(kuò)孔。對(duì)孔徑為?45m m以上的深孔，最好先鉆一個(gè)?30～?35mm的孔，再用要求孔徑的鉆頭再擴(kuò)孔一次，這樣可使車(chē)床床鞍走刀輕松。擴(kuò)孔時(shí)，還用原來(lái)的鉆桿，鉆頭采用普通鉆頭的鉆型，每次走刀長(zhǎng)度約為鉆頭直徑的1.5～2倍，進(jìn)給量f=0.3～0.4mm/r。還是在床鞍前面的大導(dǎo)軌上放一鐵塊，以防止鉆頭撞到切削表面上而損壞鉆頭。同樣及時(shí)退出鉆頭排屑與潤(rùn)滑。
（5）注意的問(wèn)題。每次走刀鉆孔的深度一定要嚴(yán)格控制，切不可疏忽大意；每次進(jìn)刀時(shí)，切記不要使鉆頭撞到切削表面上，以防鉆頭折斷；退刀排屑后，一定要把鉆桿上的碎屑清理干凈，并涂上潤(rùn)滑油，以防研傷鉆桿；如果在退刀時(shí)鉆頭掉在孔中，這時(shí)把車(chē)床主軸掛在空檔位置上，用手搬轉(zhuǎn)卡盤(pán)和同時(shí)向前搖動(dòng)大拖板手輪，使鉆柄的扁頭對(duì)正鉆桿的扁槽中，向前撞緊鉆頭，再開(kāi)車(chē)退出。
（6） 用 扁 鉆 鉆 純 銅 小 孔可防止鉆頭折斷。純銅也即人們常說(shuō)的紫銅，由于它的硬度很 低 （ 3 5 H B W ） 、 塑 性 很 高（δ=50%），切削時(shí)塑性變形大，其切削加工性也很差。鉆如圖2所示的?0.5mm噴嘴小孔時(shí)，由于變形大的切屑堵塞在麻花鉆頭容屑槽中，不易排出，極易造成鉆頭折斷在孔中，很難將孔鉆成。
圖2 純銅噴嘴
為了防止鉆頭折斷在孔中，可自制如圖3所示的扁鉆。由于它的韌性很好，因此鉆頭不會(huì)折斷，就能放心地把孔鉆出。
圖3 小扁鉆頭
此?0.5mm扁鉆，是用?0.4～0.45mm的鋼絲做成?，F(xiàn)將一段長(zhǎng)約40mm的鋼絲，用手錘把前部砸扁，刃磨出120°的鋒角，后角α0=6°～8°，副后角α′0≈4°左右。在這之前磨出對(duì)稱(chēng)的前刀面，并使前薄后厚，以增強(qiáng)剛度和強(qiáng)度。鉆?0.5m m小孔時(shí)，先用中心鉆在工件端面鉆一個(gè)定位坑，把扁鉆夾在鉆夾頭中 ， 用 n ＞ 1200r/min的轉(zhuǎn)速鉆孔，每次進(jìn)刀鉆深0.5mm左右，就退刀排屑與潤(rùn)滑，就可在很短的時(shí)間把孔鉆透，不必?fù)?dān)心鉆頭折斷的問(wèn)題。
3. 用刀桿支承套在車(chē)床上鏜削臺(tái)階深孔
在車(chē)床上車(chē)削長(zhǎng)徑比大于5的深孔，由于懸臂刀桿剛度差，車(chē)削時(shí)振動(dòng)嚴(yán)重，已加工表面振紋大，切削時(shí)切削用量小，加工效率低，成為車(chē)削的一大難題。為此就采用了如圖4所示的工裝，增大了刀桿的剛度，就可一次走刀車(chē)好工件中間的長(zhǎng)臺(tái)階孔，車(chē)削了幾百件，質(zhì)量均符合圖樣Ra=3.2μm的要求，加工效率是懸臂刀桿車(chē)削的幾十倍。
圖4 車(chē)削臺(tái)階深孔
1.前支承套 2.工件 3.壓刀螺釘 4.后支承套 5.方刀臺(tái)壓刀螺釘 6.刀頭 7.刀桿
此工件為較大鑄造殼體，材料為1C r18N i9，兩端為圓盤(pán)形法蘭，中間一側(cè)為長(zhǎng)槽開(kāi)口。車(chē)削時(shí)，先用三爪自定心卡盤(pán)撐夾住工件左端和用孔堵及中心孔支承工件右端，車(chē)好兩端法蘭盤(pán)外圓。
然后用三爪自定心卡盤(pán)夾住工件左端法蘭外圓，工件右端用中心架支承，分別車(chē)好兩頭端面和兩端短內(nèi)孔。這樣一批工件車(chē)好后，專(zhuān)門(mén)安排一工序用專(zhuān)用刀桿和支承套車(chē)削中間長(zhǎng)臺(tái)階孔。在車(chē)削中間長(zhǎng)臺(tái)階孔前 ，先在兩端短孔中各配作一個(gè)鑄鐵套，內(nèi)孔與刀桿外圓滑動(dòng)配合，制作一根左端直徑d=55mm，右部直徑為60mm的長(zhǎng)刀桿，在右端頭部銑扁，便于安裝在車(chē)床方刀臺(tái)上，中間鉆橫孔安裝刀頭和壓刀螺釘。
車(chē)削中間長(zhǎng)孔時(shí) ， 先將工件左端支承套裝入工件孔中，再將工件安裝在車(chē)床卡盤(pán)和中心架中，在刀桿右部套裝上右支撐套，并調(diào)整刀頭伸出長(zhǎng)度h=（D－d ）/2。然后將刀桿連同右支承套插入工件孔和左支承套中，用刀墊調(diào)整刀桿高低并固定在方刀臺(tái)上，使刀桿在兩支承套中自如滑動(dòng)，即可開(kāi)動(dòng)車(chē)床使工件旋轉(zhuǎn)，開(kāi)始自動(dòng)走刀車(chē)削，直到工件孔深度為止。最后用床鞍向右移動(dòng)，從工件孔中退出刀桿和右支承套，卸下工件和左支承套，完成整個(gè)工件的車(chē)削。
車(chē)削第二件時(shí)，只需在工件孔中裝上左支承套，安裝工件，插入刀桿和右支承套后，即可開(kāi)始走刀車(chē)削。此方法的特點(diǎn)是 ， 由于刀桿兩端用套支承，大大提高了刀桿的剛度，切削深度最大時(shí)達(dá)到13mm，刀桿在切削時(shí)也無(wú)振動(dòng)，不僅保證了工件表面粗糙度值，同時(shí)也使孔的相互位置提高，其車(chē)削效率比傳統(tǒng)方法提高了幾十倍。
4. 結(jié)語(yǔ)
上述幾例都是典型深孔的加工經(jīng)驗(yàn)，各有其技術(shù)特點(diǎn)。只要充分認(rèn)識(shí)和掌握操作相關(guān)技術(shù)，就會(huì)使難而不難，完成各自的順利加工。
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