关于深孔加工装置的研究

杨明芳

摘要：孔加工在金属加工中占有重要地位，而深孔加工更是机械加工中难度大、技术含量高、专业性强、加工成本高的一种加工技术。本文采用新型的深孔加工装置，通过改造普通的10M卧式车床，增加外挂设备，实现利用普通车床加工深孔，有效提高产品价值，降低对专用深孔加工机床的需求。

关键词：深孔加工、普通车床、钢管

中图分类号：TU511文献标识码： A

目前在机械行业中，一些内壁精度要求高的深孔工件，如无缝钢管，长度大约2至10m左右，内外壁的尺寸大约为φ250mm-φ500mm，孔深比较大，内外壁尺寸误差要求在1mm以内，表面粗糙度要求达Ra12.5。这种钢管常用制造方法有热轧（挤压无缝钢管） 、冷拔（轧）无缝钢管、精密铸造无缝钢管等几种。精密铸造因设备、工艺等限制，成本较高，在实际生产中使用受限较多。而热轧、冷拔两种常用制作方法，成本低，但制作出的钢管产品形状尺寸误差较大，只能做为粗坯钢管，需要对粗坯钢管二次加工才能满足精密铸造钢管的精度要求。

这种粗坯钢管外径及长度加工均较简单，难度在内径加工。由于深孔内径加工行程长，相应地伸入孔内的刀杆也较长，刀杆刚度不够，当刀具加工到局部的突起时，就容易引发刀杆的跳动，进而影响刀具的加工精度。

近年来，随着机械行业的发展，对精密铸造无缝钢管的需求量在不断增加。但传统精密铸造无法满足现代生产对降低成本的要求，因此我们就必须考虑通过简单方法加工粗坯钢管，使其能达到精密铸造钢管使用要求。

目前现有技术在进行深孔加工时，多借助专业深孔钻床或深孔镗床。对专用设备依赖性强，加工难度大。而且深孔钻受钻床刀具限制，加工孔直径较小，镗床镗杆长度有限，对零件孔深比有一定要求。对于类似长钢管的工件，以上两种机床均无法满足使用。

本文中所介绍深孔加工装置正是为了满足此项需要而设计，将毛坯钢管加工为精密铸造钢管。

1、基本结构介绍

本装置是一种能使刀杆跳动较小的深孔加工装置（见图1）。

图1 基本结构图

该装置主要是通过改造10M卧式车床，增加外挂部件来实现。其主要组成包括10M车床、刀杆、刀头部件、刀杆支撑架、冷却水槽等部件组成。其中刀头部件还包括刀具、刀头、喷嘴、橡胶块、称套等。

刀头部件和刀杆一端固定连接，刀杆固定在走刀架上，刀头沿径向等距地开有若干个刀槽，每个刀槽内固定有刀具。走刀架带动刀杆、刀头部件做进给运动。

工件一端固定在车床三爪卡盘，另一处由托轮架支撑，通过机床爪盘旋转带动工件做旋转运动。与刀头部件进给运动配合，完成工件内孔加工。

该装置还包括导向机构和水冷机构。导向机构由固定导向套、胶木块以及刀杆支撑架组成。固定导向套套装在刀杆头部，固定导向套远离刀头侧的端面靠紧刀杆外周的阶梯面，固定导向套外周面等距地开有若干个凸台，每个凸台中央沿轴向开有一个凹槽，每个凹槽内通过间隙配合方式安装有胶木块，胶木块的顶面靠近工件深孔的内壁。刀杆支撑架固定在机床尾部，刀杆与支撑架通过称套、滑动轴承连接，具有导向作用同时不影响刀杆的进给运动。

水冷装置由刀杆、喷嘴、水槽、抽水泵等组成，刀头中部外周面沿径向开有竖孔，与刀杆中心的通孔联通，竖孔内安装的喷嘴，通过水泵将水槽中的水抽到刀杆中，形成水路。喷嘴喷水一方面冷却刀具，另一方面外排的水能将工件内的切削铁屑带出。

2、加工情况分析

长钢管外径及总长加工均较简单，难度在内径加工。内径加工行程长、刀具跳动问题严重，加工时需重点考虑此两点。

图2钢管加工图纸

刀杆强度直接影响刀具跳动情况，轴类刀杆强度一般大于钢管类刀杆，但轴类刀杆重量较大，不利于走刀架运动，本次选用45#钢管。因刀杆长度达10m，为增加其工作状态稳定性，在刀杆前段加固导向套，后端以衬套固定，通过压板、刀杆支撑架与机床固定(见图1)。刀头制作时采用双刀具（也可采用四刀头，根据切削量及机床情况可自行选用），加工时刀头对称位固定刀具，同时受力切屑，相互抵消减少跳动。胶木块的目的也在于此，四块胶木块与工件内壁的软接触减少刀头的跳动空间。当某个刀具加工到突起的硬部时，该刀具所受到的挤压力也可以由其它刀具分担，不会像在只安装一个刀具的情况下完全由刀杆支撑。而且即使刀杆发生跳动，有弹性的胶木块也可以支撑刀杆挤压力，辅助支撑迅速减少刀杆的跳动幅度，消除刀杆的跳动。

深孔加工时，当深度达到一定程度时，刀头部件所在空间几乎相当于一个密闭的环境，散热困难，因此需要对刀具进行冷却。在机床上增加外挂导水槽、水箱，用小水泵将水通过刀杆、喷嘴直送刀头，切削同时冷却刀具，满足切屑冷却需要。另外冷却水除了冷却刀具和工件，还能携带加工后掉落在深孔内的铁屑到外界。

在实际加工过程中，还需，合理选用切屑量，切屑量过大会导致机床稳定性下降，加工质量也会大大下将。同时，根据实际情况，胶木块厚度，压板、刀座松紧度等都需要调节，合理使用才能保证加工合理顺畅进行。

另外对于孔深比比较小的工件，可以直接选用稍短一些的刀杆，取消车床尾部刀杆支撑架即可满足使用要求。

3、实际使用效果

车床在改造之后，增加外挂部件，加工后的钢管尺寸，经测量，工件内孔尺寸误差在±0.5mm以内，表面光洁度达Ra12.5以上。

同样在不使用胶木块、多头刀具以及刀杆支撑架的情况下，加工后工件内孔尺寸误差均超过±1mm，靠近车床三抓卡盘处误差高达±3mm，内孔不圆度误差也相应增大。同时，当在加工过程中需要更换刀具时，前后两次加工面存在明显接刀痕迹（形成阶梯面）严重影响钢管使用。而使用普通刀杆基本无法完成钢管深孔加工。

通过使用前后工件的加工情况对比，改用深孔加工装置之后，在完成钢管加工需求同时，钢管各项尺寸数据均满足设计要求，钢管外形尺寸质量大大提高，可以满足甚至超过精密铸造要求。通过简单加工将毛坯钢管转化为精密钢管，产品价值大大提高。该深孔加工装置及设备改造过程可以成功推广应用。

4、应用前景

以上装置设计应用均是针对长钢管深孔加工进行。但是，对于同类型深孔结构（如阶梯孔等），也可采用此装置加工。管类零件、轴类零件以及其他可利用车床加工零件，均可改装利用此深孔装置加工其内孔。

改造过程中的所有外挂部件拆卸简单、方便。本次生产之后，拆下外挂部件，机床可回复原始状态使用，不损害机床。再次加工类似产品时，安装该深孔加工装置即可使用。极大地增加普通车床加工使用范围，降低对专用特种机床的需求。如有特殊要求零件加工，可以将冷却水更换为相应冷却液，改进冷却水循环水道等即可满足使用。

通过该深孔加工装置的应用，一方面可以极大提高产品价值，将毛坯钢管转化为精密钢管，另一方面扩大普通车床加工范围，减少对专用机床的依赖，减轻企业机床成本负担。有利于更好更有效扩大生产，提高效率。

参考文献：

【1】成大先.机械设计手册[M].第五版.北京：化学工业出版社，2007.

【2】吴宗泽.机械零件设计手册.北京：机械工业出版社，2003.

【3】王樑. 朱玉英.车床增加镗深孔装置的改装.制造技术与机床,2008（3），126-127.

【4】顾宁华.普通车床加工超长深孔.江苏冶金,1999.(5),42-43.

【5】周国刚.深孔加工刀具的发展. 四川兵工学报,2009.8,30(8),11-13.

【6】王建华.长套筒深孔的精密加工.纺织机械,2010(1),45-48.

【7】任其涛.长套筒类零件的深孔加工研究.机械工程师,2010(6),145-148.