数控车床深孔镗削结构的分析与应用

     摘要:总结出了利用车床进行深孔镗削时，机床结构设计的各个要点，通过利用传统加工方法和前期试验进行分析论证，提出了一种长套管类工件深孔镗削的解决方案，也是一次大胆尝试，该方案既能满足车削的要求，又能弥补传统镗削的不足。

    目前，利用数控车床卧式刀架镗削常规长度内孔已不再是什么难题，但往往会有一些长套管类工件的内孔加工，利用这种结构加工就无法实现了。常规工艺大都采用扩孔和镗孔，因工件固定而刀具运动，排屑和散热，尤其当工件要求粗、精工序在一序完成，或加工一定直径范围内的孔，常规工艺需要不同规格的镗刀，刀具数量多、换刀时间长、对刀次数多、辅助时间长、效率低，加工既有车削又有镗削要求的回转类工件时，这种传统加工方式更显劣势，若要提高效率，需定制专用设备，投资大、柔性差、生产准备时间长，产品更新时间长，财力物力浪费大。

    根据以上问题我们对数控车床结构进行了优化升级，加工长套管类工件，不需多次装卸工件，更换刀具、辅具，能够一次装夹完成车削、深孔镗削的加工。操作省时、省力、换刀速度快，工件旋转，排屑方便，易散切削热，柔性大，产品更新方便。适用于液压、印刷、石油、工程机械等行业长套管类零件的加工。

    1、前期分析与试验

    以卧式车床配置8工位卧式刀架为例进行案例解析，根据长期加工的设计和加工经验得知，常规刀杆的最大镗削深度与刀杆直径有个比例关系叫做长径比，即最大镗削深度是刀杆直径的3倍，如图1所示。比如用60mm的刀杆镗削的最大深度就是180mm，大于这个值在镗削时就会多多少少产生振刀，这个值越大振刀越严重。考虑到常规刀杆的刚性问题，现选用山特维克1:7的抗振刀杆，刀杆直径60mm，可镗削420mm的深孔，镗孔直径90mm，主轴转速恒定。

    当刀杆悬伸长度≥330mm镗削就无法满足加工要求了，故使用该抗振刀杆镗削的最大深度为300mm。

    2、结构改进分析

    经过反复试验发现，镗削的深度不单单和刀杆的刚性有关，和切削相关的各种连接件都有或多或少的关系。所以我们从以下几个方面考虑:(1)卡盘与工件之间的夹持刚性，镗削内孔时尾座无法使用，所以要尽量增强卡盘的夹持刚性，如增大受力面积，接触长度;(2)回转刀架与滑板的联接刚性，如果它们之间的刚性不够，再好的刀杆也无计可施;(3)回转刀架上刀盘的锁紧刚性，刀盘有较高的锁紧刚性，我们就可以忽略这个环节，可看成刀盘和刀架本体为一个整体;(4)镗刀座和刀盘之间的联接刚性，在满足刀具工位数要求的情况下，尽量选择工位少、刀盘对边大、刀盘厚度尽量厚的刀盘，因为这样可以增大镗刀座与刀盘的接触面积从而增加刚性;(5)镗刀座与刀杆之间的夹持刚性，镗刀座与刀杆的传统夹紧方式是用刀座两侧螺钉顶刀杆外圆的扁面，如图2所示，这种方式的刚性显然不是最好的;(6)刀杆自身的刚性，刀杆自身的刚性是最重要的，传统刀杆的处理方式无外乎这么几项:低碳合金钢渗碳淬火、整体淬火、加入液压油或做成锥形的等强度杆等，但要想镗削长径比达到1∶5乃至1∶13的话，传统方法就显得力不从心了。目前制作抗振刀杆较好的有德国和以色列的几家刀具商。

    3、应用实例

    笔者单位承接中船重工集团某厂液压悬浮管的加工设备制造，该工件需要加工两端内、外螺纹，通长镗削内孔，工件外形如图3所示，内孔形状很不规则，直径不断变化，无法使用镗床设备加工，车床镗削无疑是最好的加工方法。通过数控程序控制走刀轮廓，和前期的深孔镗削结构分析和试验，本次数控车床设计着重从以上6点考虑，力保深孔镗削能一次成功。

    从用户加工的要求来看，我们推荐一种多功能复合机床，既有数控车床自身的车削功能，又有深孔镗削功能。用户要求刀杆直径90mm，最大镗深700mm。

    具体实施方案如下:

    (1)根据理论计算和类比方法，保证机床主轴电动机功率足够，卡盘与工件之间的夹持刚性要强化，卡爪夹持长度200mm，爪型设计成与工件直径相符的圆弧形，且卡爪为倒喇叭口型，保证卡爪夹持后全长度接触。

    (2)回转刀架本体加长、把合螺钉个数由8个改为10个，增大刀架与滑板的接触面积。

    (3)镗刀座设计成割逢环抱的形式，且长度为270mm，即夹持长度为刀杆直径的3倍，保持较高的夹持刚性。

    (4)在保证刀架回转惯量和速度不受太大影响的情况下，加大刀盘厚度值200mm，与刀座之间的把合螺钉由4个M10改为8个M16，。

    (5)将刀盘与刀架本体联接的鼠齿定位盘加大，增大刀盘的锁紧刚性。

    (6)刀杆选用山特维克1:10的抗振刀杆，刀杆直径90mm。

    经过机床车削试验、深孔镗削试验，验证了以上方法的正确性，切削效果非常好，最大镗深850mm，ap=2.5mm，f=0.4r/min，机床切削正常，工件切削表面无振纹。机床多功能镗削刀架。

    4、结语

    本文通过利用传统加工方法和前期试验进行分析论证，提出了一种长套管类工件深孔镗削的解决方案，也是一次大胆尝试，该方案既能满足车削的要求，又能弥补传统镗削的不足，具有多功能复合型的特点。总结出了利用车床进行深孔镗削时，机床结构设计的各个要点。目前该机床已终验收完毕并交付用户使用，得到了用户的一致认可.