数控车床超长镗杆的加工工艺分析

摘要：针对数控车床用于深孔加工的超长镗杆，结合其结构及技术要求，分析了其加工过程及加工难点，对镗杆进行预变形加工，可保证其精度，以满足深孔零件加工的精度要求。

关键词：镗杆;预变形;加工精度

0 引言

在数控车床上安装镗孔装置，可以对深孔类零件直接进行加工，减少装夹次数，降低装夹误差，提高工件加工精度和工作效率。因此，保证镗杆自身的加工精度就显得尤为重要，其精度直接影响着加工零件的精度。在镗杆生产加工过程中，通过对镗杆进行预变形加工，提高其精度，可以保证加工零件的精度，满足产品性能要求。

1 镗杆结构及技术要求

某镗杆的材质为ZG270-500，由4段组成，每段4.2 m，总长16.8 m，其截面呈长方形结构，镗杆结构如图1所示，镗杆截面如图2所示。镗杆的每段连接处由圆柱销连接，与孔采取过盈配合方式。镗杆每段之间采用焊接连接，焊接坡口为10°。

镗杆技术要求：A、B基准面要求直线度为0.02 mm/100 mm，全长直线度要求为0.1 mm，A、B基准面要求垂直度为0.02 mm，相对面平行度为0.025 mm。镗杆各配合圆柱孔要求圆柱度为0.02 mm，端面对A、B基准面垂直度为0.05 mm。

2 镗杆变形量分析

镗杆长16.8 m，采用两端支撑方式，前端设置有顶尖1，与主轴锥套配合顶紧，后端通过镗杆箱体3支撑，有效长度为13.8 m，镗杆支撑图如图3所示。

镗杆在自然支撑状态下因重力会产生挠度，具体计算如下：

根据镗杆材质ZG270-500，取弹性模量E=200 GPa（即200×105 N/cm2），质量m=15 667.811 kg，则惯性矩：

I=（BH3/12）-（bh3/12）=（50×653÷12）-（37×523÷12）

≈710 729.5 cm4

式中：B为镗杆外截面宽度（cm）;H为镗杆外截面高度（cm）;b为镗杆内截面宽度（cm）;h为镗杆内截面高度（cm）。

均布线荷载：q=m/l=15 667.811×10÷1 380≈113.5 N/cm。

根据挠度计算公式，ymax=5ql4/（384EI）=5×113.5×1 3804÷（384×200×105×710 729.5）≈0.377 1 cm。

镗杆的挠度易引起镗孔时零件内孔变形，因此，控制镗杆挠度尤为重要，可通过改进工艺方法，提高镗杆的精度和刚性，以减小镗杆挠度变形，保证镗杆加工工件的精度。

3 镗杆加工工艺分析

通过上述分析可知，镗杆加工困难，加工过程中容易产生变形，加工精度难以保证。因此，对于超长镗杆，需要改进工艺方法，减小加工过程中应力引起的变形，通过预变形加工以保证零件的精度要求。镗杆具体加工工艺过程如下：

（1）分别粗铣各段4个平面，留量10 mm。（2）粗铣各端头，粗镗内孔，留量10 mm。铣焊接坡口至图纸尺寸。（3）时效处理。（4）以相同面为基准，依次将各段镗杆安装在工作台上，以A、B面互为基准，铣各段基准面，留精铣余量。加工完成后卸下工件，并按顺序对各段进行编号。（5）以已加工基准面为基准，精铣1和2号、3和4号对接端面使其达到技术要求，精镗1和2号、3和4号对接内孔使其达到技术要求。（6）按编号对各段进行对接，采用冷冻法对连接圆柱销进行冷冻，保证间隙在0.1 mm以内进行安装。安装圆柱销时，分别对接1号和2号镗杆、3号和4号镗杆，如图4所示。（7）在工作平台上进行焊接，分别焊接1段和2段、3段和4段，要求焊缝平整、均匀，焊接可靠。（8）铣1段和2段、3段和4段基准面，留精铣余量。精铣两段对接端面使其达到技术要求，精镗对接内孔使其达技术要求。（9）对接1～2段和3～4段，使两段镗杆连接成整体，如图5所示。（10）二次时效处理。（11）精铣镗杆各面至图纸尺寸，并符合技术要求。（12）精镗镗杆前端内孔至图纸尺寸，并符合技术要求。

4 镗杆现场加工难点处理

在镗杆加工过程中，难点一为圆柱销的安装，圆柱销与孔配合为过盈配合H7/p6，过盈量为-0.004 -0.079，因此，在安装过程中必须采用冷冻技术，将圆柱销预先冷冻，保证间隙在0.1 mm以内时再进行安装。本文第一次采用工业用冰箱进行冷冻处理，放置48 h后，直径缩小量为0.05 mm，经测量达不到装配间隙要求，后改为用液氮进行冷却，冷却时间为35 min，直径缩小量为0.25 mm，达到了装配要求，装配非常轻松。难点二为时效处理，通过时效消除加工残余内应力，减小镗杆变形量。本文第一次时效处理完成后进行半精加工，半精加工留有5 mm量时，发现还有内应力变形，因此增加二次时效处理，以消除残余内应力，时效处理回火必须保证温度达550 ℃。难点三是各段镗杆之间的对接必须按照加工標记序号进行找正，找正后在坡口处焊接，要求无焊接缺陷。

5 结语

超长镗杆易产生挠度变形，通过预变形加工可以减小镗杆的变形量，保证镗杆的加工精度，为数控车床加工深孔类零件精度提供了保障，实现了一机多能，提高了数控车床的加工效率和加工精度，降低了数控车床的加工成本。

[参考文献]

[1] 王先逵.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1995.

[2] 赵弘.深孔加工专用镗杆动态特性研究及应用[D]上海：上海交通大学，2005.

[3] 王秀平.镗杆加工工艺探索与分析[J].金属加工（冷加工），2017（Z1）：72-75.

收稿日期：2020-08-19

作者简介：王兵琴（1985—），女，甘肃天水人，工程师，从事机械加工工艺设计工作。