普通車床深孔加工方法淺析

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摘要：深孔加工是機械加工常見工序，但是對于生產條件較差的企業(yè)只能借助普通車床開展深孔加工作業(yè)，而要想保證加工精度需要通過合理的方法進行控制，對此，本文闡述了深孔加工概述，分析了普通車床具體深孔加工難度，提出了普通車床加工方法，并介紹了注意事項。

關鍵詞：普通車床；深孔加工；方法分析

在機械加工中，深孔加工屬于一道難題，主要體現(xiàn)在強度低、剛度差等方面，經常發(fā)生錐形、直徑變大等問題，進而無法滿足加工質量要求。所以，在無深孔加工設備條件，進行普通車床深孔加工過程中需要科學設計夾具與刀具等裝置。

1深孔加工概述

1.1深孔加深定義

對于深孔加工而言，主要指孔深和直徑比例為L/d≥5的加工孔。在現(xiàn)代機械加工中，一般選擇專用設備以及輔助工裝開展加工作業(yè)。主要特點就是勞動強度低、質量好以及效率高。然而在中小型企業(yè)與個體戶方面，通常不會采用這些設備，主要借助普通機床完成加工作業(yè)，選擇普通車床開展加工作業(yè)。比如加工長度115mm、φ12H7深孔時，由于孔壁較薄，通常會選擇φ11.9mm或是φ11.8mm鉆頭直接開展鉆孔處理，一次切削會產生大量熱量，由于消熱時間不夠充分，因此會造成變形問題，導致加工過程出現(xiàn)誤差。所以，為了充分降低殘余應力與熱變形在精加工方面產生的影響，需要采用科學方法有效控制加工誤差，進而有效保證加工精度。

1.2深孔加工發(fā)展

扁鉆是最早用于金屬深孔加工的刀具，誕生于10世紀。美國加工企業(yè)在1860年改進了扁鉆，成為麻花鉆，為鉆工加工行業(yè)作出重要貢獻。美國、英國、德國的軍事工業(yè)企業(yè)在20世紀初發(fā)明單刀鉆孔刀具，由于在槍孔加工中具有廣泛應用，所以又稱為槍鉆。海勒公司在1943年，研制了Beisner系統(tǒng)。現(xiàn)代設備商會（法國）、孔加工協(xié)會（美國）、海勒公司（德國）、卡爾斯德特企業(yè)（瑞典）、維克曼公司（英國）在1945年之后成立了BTA協(xié)會，即深孔加工國際孔加工協(xié)會。經過協(xié)會各個成員的共同努力，促使此種特殊加工方法獲得新發(fā)展，稱為BTA法，廣泛普及、應用于世界各國。之后山特維克企業(yè)設計研發(fā)出能夠分屑多刃錯齒與可轉位深孔鉆，促使BTA法獲得良好發(fā)展。在20世紀70年代，日本冶金公司研發(fā)的DF法選擇單管雙進油系統(tǒng)，該方法對噴吸法和BTA法兩者優(yōu)點進行有機結合，在小直徑、中直徑的內排屑鉆削中具有廣泛應用。在20世紀80年代到21世紀，中北大學機械制造工藝研究所的研究人員研發(fā)出SIED深孔集成加工技術，在實踐活動中獲得良好應用。SIED技術對DF系統(tǒng)、噴吸法、BTA法與槍鉆等技術優(yōu)點進行了充分歸納總結，同時充分防止其缺陷前提現(xiàn)像形成的實用性與創(chuàng)新性加工技術。

1.3深孔加工的設備要求

對于深孔加工來講，具有加工作業(yè)量大以及難度高等特點，在深孔加工夾具、刀具、輔具以及機床等方面均提出較高要求。對于高壓冷卻液刃具的深孔加工機床，切削速度大，同時可以獲得嚴格公差與良好光潔度，并且在材料方面具有硬化冷作趨勢，因此與普通鉆削、鏜孔、鉸孔機床等普通機床來講，具有具備良好剛性與強度。（1）機床要求。第一，需要具備足夠剛度。內排屑深孔鉆選擇大進給量以及高轉速方式開展加工作業(yè)，具有較大的軸向力與扭矩，機床剛性在鉆頭耐用度與加工孔精度等方面具有較大影響。第二，機床電機的功率應該充足。第三，進給機構需要具備良好可靠性與穩(wěn)定性。進給平穩(wěn)，禁止出現(xiàn)爬行問題。機床進給量應該選擇無級調速方式，進而在各種材料深孔加工作業(yè)中均具有良好適用性，通常進給量保持在0.05mm/r～0.35mm/r內，對于進給機構應該盡量安裝過載保護裝置。第四，機床主軸在軸向躥動方面應該進行有效控制。需要將主軸軸向躥動波動設置于允許范圍中，進而對振動問題進行控制，防止出現(xiàn)打刀問題。第五，需要具有良好控制系統(tǒng)，比如超載安全系統(tǒng)、進給量表以及主軸負荷表，進而充分提高深孔加工可靠性。第六，機床主軸徑向跳動范圍應該在0.02mm以內。（2）附件要求。第一，導向套與機床主軸的跳動量應該保持在0.02mm范圍內，進而保證其同軸度要求得到充分滿足。為了降低導向套與機床主軸之間同軸度出現(xiàn)誤差問題，應該直接通過所有機床進行導向套底孔加工作業(yè)。第二，工件與導向套距離應該保持在1mm范圍內，進而確保鉆頭出鉆過程中冷卻液流量可以充分貫穿。第三，機床主軸和鉆桿聯(lián)結器之間在同軸度要求方面具有一定要求。特別在選擇鉆頭旋轉方式情況下，需要嚴格對聯(lián)結器進行對中處理，進而和機床主軸之間產生公共旋轉軸線。

2普通車床深孔加工難度

以鉆機油缸為例。第一，通過分析其孔深與孔徑數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)，開展車削作業(yè)過程中，內孔刀桿長度大、直徑小，極易出現(xiàn)讓刀問題與振動問題，同時極易出現(xiàn)鏈度誤差，對工件加工面精度與粗糙度產生嚴重影響。第二，因為孔深較大，所以缺乏輕松加入冷卻液，無法順利排屑，屑渣會導致加工表面被劃傷，對表面粗糙度產生影響，加劇磨損刀具。另外，因為鉆桿會對排屑空間產生限制問題，料芯會干擾套料鉆鉆孔，排屑條件非常惡劣，所以經常采用強制排屑手段。第三，深口進出口位置極易發(fā)生喇叭口以及波紋等現(xiàn)象，車削缺乏良好直線型，進而影響加工精度。第四，開展鉆孔作業(yè)時，無法對刀具切削情況直接進行觀察，開展加工作業(yè)時僅僅可以借助摸振動、觀儀表、看切屑、聽聲音等方法，對切削過程的正常狀態(tài)進行科學判斷。第五，孔深徑比較大，而鉆桿細長，易振動、剛性低，鉆孔過程中極易發(fā)生偏移問題，所以，支承導向具有重要作用。第六，不易散出切削熱，加工條件較為惡劣，需要選擇科學冷卻手段。第七，冷卻以及潤滑問題。鉆頭主要是基于半封閉環(huán)境下開展工作，所以無法有效向切削區(qū)注入切削液。工件與刀具之間具有較大摩擦，特別在長期不間斷切削過程中，會形成較高切削溫度以及高溫切削屑必須通過科學方法為鉆頭潤滑與冷卻提供良好保證，不然會導致鉆頭磨損問題更加嚴重。第八，切削導向問題。因為刀具細長、孔深較大，所以，深孔鉆剛度以及強度相比普通孔加工刀具更差，開展加工作業(yè)過程中，極易產生振動與引偏，還會折斷鉆頭，因此需要對導向問題進行有效處理。

3深孔加工的方法

3.1浮動鏜刀桿與胎具制造

（1）合理制造浮動鏜刀桿。選擇45鋼制造鏜刀桿，結合加工孔徑尺寸，基于排屑順暢考慮，需要盡量增加刀桿直徑尺寸，進而提高刀桿剛性。第一，45鋼材料，毛坯尺寸為：φ35mm×755mm。第二，調質作用，提高刀桿強度與韌性。第三，將兩端端面車平，總長度控制在750mm左右。第四，選擇φ9mm加長麻花鉆，由兩頭同時鉆通，為進冷卻液提供保障。第五，上車床，裝夾兩頂針。粗車一段臺階，尺寸為長100mm、mm，掉頭再次車一段臺階，尺寸為長100mm、mm，車外圓φ32mm，余量為1.0mm。第六，精車外圓，尺寸為mm、mm、mm，與兩位0.5mm。第七，粗磨外圓，尺寸為mm、mm、mm，余量為0.2mm。第八，上銑床進行進水槽和缺槽銑削，尺寸分別為24×2mm、60×3mm，進行倆進水孔的鉆孔加工，尺寸為φ5mm，攻M5螺紋。第九，通過銑床與電火花線開展加工裝刀槽切割作業(yè)。刀槽和刀頭之間配合為30H7/g6、15H7/g6，保證刀頭能夠在刀具中自由活動。進行鏜削過程中，借助對稱刀刃中切削力對其切削位置進行自動平衡處理，進而降低表面粗糙度。提高孔徑精度。第十，精磨。mm、mm、mm到達尺寸規(guī)范，粗糙度是Ra1.6。可以充分提高刀桿同軸度、刀桿和裝刀孔對稱度。第十一，在mm外圓的一端進行M12—20內螺紋孔攻鉆，在mm外圓一端進行M8—20內螺紋攻鉆。其中，M12—20與進水接頭連接，M8—20內螺紋與刀桿導向套連接。第十二，刀頭選擇P01硬質合金刀片，對于鏜刀刀頭的切削刃導向角為8°～10°，修光刃長度足夠，進而充分控制表面粗糙度以及獲得光滑表面。前角在14°左右，后腳在5°左右，斷屑槽設計為3mm，進而保證切屑足夠細小，以便排出。（2）制造胎具。選擇球磨鑄鐵QT400-18材料制造。第一，鑄造毛坯。第二，上車床將毛坯中間部分夾住，進行外圓加工，尺寸為φ220mm，將斷面車平。第三，車削尺寸為φ150×153mm的內控，同時內外圓斷面車倒角，尺寸為2×45°。第四，掉頭將φ220mm外圓夾住，將斷面車平同時對總長尺寸進行控制，粗車φ100mm、φ120mm、φ180mm的外圓，余量為1.0mm，對各個階臺長度進行控制。第五，粗車內控，尺寸為φ37.9mm；粗車錐孔，角度為2.58°，余量為1.0mm。第六，通過內槽刀加工φ65×60mm的槽。第七，精車錐孔與內孔mm，達到尺寸要求。第八，精車外圓φ220mm、φ100mm、φ120mm、φ180mm，達到尺寸要求。第九，車M100×2的外螺紋。第十，通過銑床銑削兩個缺口，分別為60×45mm與100×100mm,前者便于裝刀，后者便于導向套安裝。

3.2導向套

可以選擇45鋼材料的導向套，主要作用對工件和刀具的相對位置進行確定。可以發(fā)揮導入支承效能，充分提高切削過程平穩(wěn)性，導向套的內孔和刀桿配合之間配合是φ20H7/f6，導向套的外圓和胎具體孔之間配合是φ37.9H7/f6。

3.3彈性夾頭

采用球墨鑄鐵QT400-18材料，根據(jù)尺寸要求通過車床進行加工，之后通過銑床進行銑槽加工，尺寸5×17mm，數(shù)量4條，可以提高工件裝卸便捷性，同時可以保證工件不會出現(xiàn)變形與夾傷問題。3.4鎖緊螺母采用QT400-18材料進行加工。3.5冷卻以及潤滑對于深孔加工來講，冷卻潤滑液具有防銹、沖洗減振、潤滑、冷卻等作用。其能夠充分控制切削區(qū)中工件、刀具、切屑之間的摩擦，降低熱量產生，另外，能夠帶走一定切削熱，有效降低切削溫度。因此，切削潤滑液質量對于深孔加工質量的影響較大。需要保證其流動性良好、黏度小，進而對孔壁與刀桿之間切屑進行快速沖洗，在臟切削液流至聚液箱之后，可以保證切屑快速下沉。比如，加工鉆機油缸過程中，因為需要對加工表面與潤滑刀頭進行充分潤滑與冷卻，還需要順利排出鐵屑，難度較大。精鏜孔過程中，通過刀桿中心將冷卻液注入其中，冷卻液可以選擇乳化切削液，其流動性與滑動性能均較為突出。水泵壓力設計為0.06Mpa，流量設計為25L/min。冷卻液可以直接打到加工表面，促使刀頭與加工表面獲得有效潤滑與冷卻，同時基于水壓作用順利排出切屑，為浮動鏜刀創(chuàng)造良好加工環(huán)境，進而充分保證加工表面粗糙度與精度滿足要求。

4加工過程

第一，將兩端面車平，并預留1mm，孔兩端進行2×30°倒角設置，借助兩頂尖裝夾進行外圓粗車，單邊余量為0.5mm。第二，將一端夾住，并借助中心架將另一端托住，選擇常用鉸刀對內孔進行粗車處理，長度為總長度的一般，單邊余量為0.5mm。第三，掉頭，對余下孔長進行粗車處理，內孔的單邊余量為0.5mm。第四，對兩端面進行精車處理，同時對工件總長度進行控制，兩端孔口的倒角為2×30°。第五，通過梁頂針裝夾對缸體外圓進行精車處理，達到設計要求。第六，借助四爪將外圓夾住，并進行找正處理，借助中心架將其拖住進行精車加工，粗糙度是Ra3.2，余量是0.2mm。第七，掉頭并重復第三道工藝，對另一半內孔進行加工處理，粗糙度是Ra3.2，余量是0.2mm。第八，浮動鏜削。①選擇四爪將胎具夾住，同時借助百分表進行校正處理。②對主軸和刀桿中心同軸度進行校正。③在胎具體的φ37.9mm孔中放置導向套。④在彈性夾頭中安裝工件，之后向胎具錐孔中放置工件與彈性夾頭，將鎖緊螺母擰上，借助中心架將其拖住。⑤向工件孔中插放鏜刀桿，同時對準導向套的內孔。⑥將5mm墊片墊入導向套前端，借助M8螺栓向刀桿內螺紋旋入，對刀桿與導向套進行定位處理。⑦安裝精鏜刀頭，封尾兩次開展鏜削處理。第一次的切削用量如下，ap=0.05mm、f=0.1mm/r、vf=5m/min。第二次切削用量為ap=0.055mm、f=0.05mm/r、vf=5m/min。加工之后，孔表面以及粗糙度滿足圖紙要求，其他方面技術指標也滿足圖紙要求。選擇該工藝開展加工作業(yè)，僅僅采用普通車床與簡單工具夾即能夠有序根據(jù)圖紙要求進行長徑比較大的深孔加工作業(yè)，同時無需選擇專用夾具，尤其在小批量產品加工方面，具有良好經濟效益。

5注意事項

（1）需要積極開展普通車床保養(yǎng)和維護工作，應該以其構成情況為切入點，可以從班前檢查、保持潤滑度、通電運行等方面開始，同時還需要在班后對機床清掃、電源氣源、開關、機械、液壓手柄等工作加以重視，做好相關工作，并認真檢查。同時還應該開展周期性維保工作，針對不同部位展開針對性、細致化維保。因為普通車床的保養(yǎng)、維護以及維修工作具有較強專業(yè)性，因此開展實際應用與維護過程中，需要安排專業(yè)人員開展相關工作，避免由于專業(yè)技能不足對機器造成損壞。（2）浮動鉸刀設計。通過實踐證明，擴孔可以對位置精度進行糾正，但是鉸刀鉸孔僅可以保證形狀與尺寸精度、降低孔表面的粗糙度，然而無法對位置精度進行糾正，在機床發(fā)生振動問題時，還會導致加工的孔出現(xiàn)橢圓問題。在深孔形狀與尺寸精度具有較高要求時，同時對于表面粗糙度并無較高要求情況下，為了防止出現(xiàn)橢圓問題，可以進行具備自動定心性能的浮動鉸刀設計。比如，選擇φ12H7直柄鉸刀，為了保證鉸刀具有良好浮動效果，進行輔助夾具設計，其安裝口應該比鉸刀夾持柄部超出2mm～3mm。（3）對尾座軸線進行合理調整。開展真空加工之前，應該對尾座套筒的軸線進行合理調整，保證其重合于主軸軸線，盡量將同軸度控制在0.02mm范圍內，進而充分保證真空加工過程中孔位置精度。（4）科學確定切削液。開展深孔加工過程中，切削液和深孔表面粗糙度等方面具有緊密關聯(lián)。通過實踐證明，基于非水溶性切削液以及干切削開展深孔加工過程中，孔徑會超出實際直徑，其中干切削的差異性最為突出。但是借助乳化液以及其他水溶性切削液，可以減少孔徑。所以，選擇新刀具開展加工作業(yè)過程中，可以選擇15%乳化液用于切削液，可以對此種深加工孔進行有效控制。若是深孔加工具有較高要求，應該選擇70%肥皂水與30%菜油。還可以選擇機油+柴油。

6結語

綜上所述，借助簡單工藝裝置，通過普通車床進行深孔加工，具有經濟適用特點，對于個體化與中小型機械加工企業(yè)具有良好實用價值。科學選擇工裝夾具、加工工藝等，開展高精度深孔加工作業(yè)具有良好可行性，有利于提升小批量生產與專用設備不足加工企業(yè)的經濟效益。

作者:葉正軍 單位:江蘇省無錫技師學院