薄壁深孔零件在卧式数控车床上的加工方法

　　摘要：薄壁深孔零件加工时由于变形大，导热排屑性差，不仅加工效率低，加工精度也难以保证。文章通过设计专用夹具和刀具，结合数控车床的优点，较好地解决了薄壁深孔零件难加工的问题。
　　关键词：薄壁深孔；数控车；加工方法
　　
　　薄壁深孔零件加工由于排屑导热困难，加工变形大，对刀具刚性要求高，加工难度较大。特别是高精度套筒加工，由于其设计要求严格，采用传统方法进行加工，不仅加工质量难以保证，其加工效率也较低。
　　衡阳财经工业职业技术学院实习工厂有一批套筒零件（如图1），最初采用普通车床或卧式镗床进行加工，不仅耗时费力，废品率也一直居高不下，难以满足用户的需要。
　　针对这一问题，本文在总结原先一些深孔加工经验的基础上，尝试在数控卧式车床采用适应的夹具和刀具，选用适当的转速及进给量，进行车削，其结果使加工精度和加工效率均令人满意，经济效益明显提高。
　　
　　一、工艺分析
　　
　　该套筒为高速旋转零件，工作时最高转速接近15000r/min，设计要求动平衡极为严格。外圆和各台阶孔同轴度要求较高，需控制在0.01之内。该零件为整体结构，台阶孔为深孔，最深孔近900mm，长径比接近11mm。深孔切削时，振动、让刀、排屑困难，不易散热等现象使得加工难度较大，并且深孔测量、深孔与外圆的同轴度保证也很困难。
　　
　　由于是整体结构，毛坯料采用45#圆钢，加工前坯料重达120kg，加工后仅剩18kg，不到原重量的六分之一。大量的金属被切削掉，因此变形严重。工件原来是在普通车床上加工，精加工时要求一次完成内孔及内球面的车削，在加工过程中不允许换刀。刀杆直径只能做到φ60mm。由于刀杆细长、刚性不足、强度低，在加工中刀杆产生振动较大，极易产生让刀现象，孔壁的粗糙度值严重超标，生产效率低，加工质量难以保证。
　　如果将刀杆直径增大，则在加工内孔时，刀杆与孔壁间隙太小，引起排屑不畅，造成堵塞，冷却润滑液进入困难，刀具磨损加剧，从而影响加工精度。
　　为了满足生产需要，使工件加工质量保持稳定，提高生产效率，解决数控车床加工深孔的不足，我们设计了一种车削深孔的专用刀具，可在数控车床上进行深孔加工。
　　
　　二、刀夹具选用
　　
　　设计专用刀具应该在能使切屑顺利排出的前提下，尽量提高刀杆的强度和刚度，避免加工过程中刀杆的振动，确保加工精度，并实现刀具的旋转，达到车削内表面的功能。
　　深孔粗半精加工，采用比较成熟的后导向扩孔，孔一层一层地扩大，层层导向。导向扩孔克服了深孔加工的振动和孔中心的偏斜。导向扩孔刀如图2所示。
　　深孔车削时最大的问题是振动，防振、减振是薄壁深孔套筒加工的关键。为此，我们设计了一种专用刀座，专用刀座将深孔刀具的刀柄做成圆柱形，用专用刀座将刀柄固定在车床的中拖板上，大大提高了刀具的刚性（见图3）。
　　为了减少精车孔时的刀具震动，我们专门定做了防震结构的减振刀杆（见图4）。
　　
　　刀具几何参数选用主偏角为90°的小圆弧半径的可转位刀片，尽量减小背吃刀力。
　　
　　三、机床的选择
　　
　　机床的选择首先要考虑其机床的精度，因衬套的两只深孔是最后的成形尺寸，同时工件的壁薄容易引起变形，所以，要在车床的新旧程度、导轨的精度、机床的振动、主轴的跳动等多方面进行考虑。综合考虑以上因素，我们选用径向轴向跳动小、导轨直线度好、抗震性好的CK6140数控车床。
　　
　　四、加工方法
　　
　　为保证加工精度，加工时我们工艺上采用了以下几项措施：
　　第一，深孔的导向扩孔只解决了孔的粗半精加工，要保证制造成功，还要解决各台阶孔的精车。加工深孔的基准是外圆，加工外圆的基准是中心孔。在工艺安排时考虑到孔口较大，不易保证孔口的圆度，我们采用多次镶配闷头的方法。粗车后两端配闷头，以闷头中心孔为准粗精车外圆，然后半精加工孔，继而配闷头，半精车外圆，时效后配闷头精车外圆，最后精车孔。
　　第二，经粗车内孔、外圆后，在工件两端法兰上建立找正基准。为解决工件刚性差的问题，避免装夹变形，工件通过定位工装和中心架进行固定。
　　第三，采用滚动中心架精车孔时，为防止工件外圆与中心架的摩擦发热，采用精密滚动轴承中心架。精车孔时冷却液要充分，防止工件发热引起新的变形。
　　第四，根据切削用量可转位刀片选用断屑性能好的槽形，保证深孔切削排屑顺利。
　　
　　参考文献：
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