東莞市耐斯機(jī)械制造有限公司

　　一、深孔鉆削特點(diǎn)及切削狀態(tài)分析

　　1、深孔鉆削的工藝特點(diǎn)：

　　1)深孔鉆削被加工的孔是在封閉的狀態(tài)下加工形成的，操作者不能直接觀察刀具的切削情況，加之容屑空間小，切削熱不易傳播，排屑和冷卻困難。

　　2)工藝系統(tǒng)剛性差(尤其是刀具系統(tǒng)剛性系統(tǒng)薄弱)，受孔徑的尺寸限制，孔的長(zhǎng)徑比較大，鉆桿細(xì)而長(zhǎng)，易產(chǎn)生振動(dòng)，鉆孔易走偏，加工穩(wěn)定性差，孔的直線(xiàn)度和表面質(zhì)量不易保證。

　　3)切削路線(xiàn)長(zhǎng)，切屑排出困難，刀具切削刃負(fù)荷不均，切削溫度高，刀具易磨損、擠裂、崩刃。

　　2、深孔鉆頭三個(gè)切削刀片的切削狀態(tài)分析：

　　我們所使用的深孔鉆頭形式如圖1，鉆削的加工完全由三個(gè)刀片，即外刀片、中間刀片、中心刀片所承擔(dān)。鉆頭通過(guò)螺紋與鉆桿聯(lián)接在一起。鉆頭上的外刀片、中心刀片、中間刀片，由于所處的位置和工作狀態(tài)不同，其各刀片的切削狀況也不盡相同。

　　1)、中心刀片在幾個(gè)刀片中，它的切削條件差，刀片所承受的切削力大，擠壓為嚴(yán)重，卷屑、斷屑困難，容易崩刃，因此，應(yīng)減小中心刀片的前角和刃傾角(為負(fù)值)，增強(qiáng)內(nèi)刃的強(qiáng)度，應(yīng)縮短中心刀片與其它刀片的軸向距離，以便加強(qiáng)切削的穩(wěn)定性，減輕中心刀片的切削負(fù)荷。

　　2)、中間刀片的切削速度高于中心刀片而低于外刀片，切削條件較中心刀片要好，但由于刀片突出刀體較多，刃體的左右兩側(cè)又磨有側(cè)后角，刀片強(qiáng)度較低，容易崩刃。

　　3)、外刀片的切削速度和扭矩都是大的，它是加工孔壁質(zhì)量好壞的關(guān)鍵刀片，為保護(hù)外刀片，必須讓徑向合力壓向?qū)驂K，使之緊貼孔壁，穩(wěn)定鉆削，加強(qiáng)導(dǎo)向作用。反之，若徑向合力壓向外刀片，不僅容易打刀，而且容易將孔鉆偏。為加強(qiáng)導(dǎo)向，外刀片和導(dǎo)向塊可磨出很小倒錐或不磨倒錐，為保證外齒的強(qiáng)度，外刀片的副切削刃應(yīng)磨有棱帶。

　　從深孔鉆削的特點(diǎn)和鉆頭的切削狀態(tài)來(lái)看，深孔鉆削難度高，工作量大，被加工孔的質(zhì)量不易控制，在鉆削過(guò)程中容易出現(xiàn)孔軸線(xiàn)偏斜的情況。

　　二、深孔鉆削時(shí)孔軸線(xiàn)偏斜產(chǎn)生的原因

　　先簡(jiǎn)要介紹一下我們的深孔加工設(shè)備，我們加工主軸深孔的設(shè)備是德州機(jī)床有限公司生產(chǎn)的T2120型深孔鉆鏜床，它主要用于鉆、鏜削通孔、也可以進(jìn)行光整滾壓加工。在排屑方式上，鉆削時(shí)采用內(nèi)排屑方式，鏜削時(shí)采用前排屑方式。

　　機(jī)床的主要技術(shù)規(guī)格為：

　　鉆孔直徑范圍 φ40-φ80

　　鏜孔大直徑 φ200

　　大加工深度 1000-2000mm

　　主軸轉(zhuǎn)速范圍 61-1000r/min

　　進(jìn)給速度范圍 5-1000mm/min

　　工件的裝夾方式為：

　　鉆削時(shí)，工件的前端采用三爪卡盤(pán)裝夾，工件的尾端是通過(guò)授油器上的錐盤(pán)頂緊并定心，同時(shí)起密封作用。

　　主運(yùn)動(dòng)是工件旋轉(zhuǎn)的加工方式，刀具沿工件軸線(xiàn)做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

　　在主軸深孔的實(shí)際鉆削加工中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀察、分析、比較，測(cè)量，基本上有如下因素對(duì)孔軸線(xiàn)偏斜產(chǎn)生影響：

　　1、導(dǎo)向套偏心或間隙過(guò)大對(duì)孔軸線(xiàn)偏斜的影響

　　深孔刀具大都采用“偏心切削”，即鉆尖不在鉆心，徑向切削力通過(guò)導(dǎo)向塊壓向孔壁，深孔鉆頭在剛開(kāi)始切削時(shí)并且導(dǎo)向塊未進(jìn)入工件孔之前，刀具的徑向平衡完全依靠導(dǎo)向套，而導(dǎo)向孔偏心或間隙過(guò)大，勢(shì)必在一開(kāi)始切削是就造成刀具傾斜，如圖2所示，雖然這種偏斜值可能非常小，但會(huì)隨著刀具在軸線(xiàn)方向上的進(jìn)給而有規(guī)律地延伸。

　　2、工件端面傾斜對(duì)孔軸線(xiàn)偏斜的影響

　　在深孔鉆削中，傾斜的工件端面對(duì)孔加工的精度特別是對(duì)孔軸線(xiàn)偏斜的影響較大，其原因是在入鉆時(shí)鉆頭切削傾斜的工件端面導(dǎo)致切削條件不穩(wěn)定。在加工如圖3所示的工件時(shí)，在取定鉆頭的外刃余偏角β后,隨著傾斜角θ的不同，入鉆時(shí)的切削面積也相應(yīng)改變。

　　當(dāng)傾斜角θ小于鉆頭外刃余偏角β時(shí)，鉆心先接觸工件(見(jiàn)圖4-a)

　　當(dāng)傾斜角θ等于鉆頭外刃余偏角β時(shí)，鉆頭的外刃幾乎同時(shí)切削工件(見(jiàn)圖4-b)

　　當(dāng)傾斜角θ大于鉆頭外刃余偏角β時(shí)，則只有外刃的外部與工件接觸(見(jiàn)圖4-c)

　　如圖4所示的陰影部分是工件和刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)一周(q=1)后切去的金屬橫截面，無(wú)論哪種情況，入鉆時(shí)外刃切削是斷續(xù)的，切削面積是不斷變化的，當(dāng)θ≠0時(shí)，分于鉆尖兩側(cè)外刃和內(nèi)刃上所承受的徑向力、軸向力的設(shè)計(jì)平衡被破壞，加劇“偏心切削”和軸向力F作用在鉆頭頭部的偏轉(zhuǎn)力矩，造成入鉆時(shí)刀具的傾斜。

　　3、鉆桿的剛度及鉆桿支承的位置對(duì)孔軸線(xiàn)偏斜的影響。

　　在軸向力F的作用下，鉆桿將發(fā)生彎曲，造成入鉆傾斜角，該傾斜角值的大小取決于鉆桿的剛度和鉆桿支承的位置。

　　4、刀具的幾何參數(shù)對(duì)鉆孔軸線(xiàn)偏斜的影響。

　　在刀具的幾何參數(shù)中，對(duì)鉆孔軸線(xiàn)偏斜影響大的是導(dǎo)向塊與副切削刃的位置角、鉆頭的偏心量、內(nèi)外角以及各錯(cuò)齒切削負(fù)荷承擔(dān)量的大小等，一般要求切削刃的合力必須壓向?qū)驂K，保證鉆頭的穩(wěn)定度。但是當(dāng)徑向合力壓向外刀片的副切削刃這一邊時(shí)，會(huì)使副切削刃切入工件，造成刀具中心偏離回轉(zhuǎn)中心，隨著加工深度的加大，這種側(cè)壓力愈來(lái)愈大，偏斜也隨之加大。

　　5、深孔鉆頭自身導(dǎo)向塊分布和形狀質(zhì)量的影響。

　　由于深孔的長(zhǎng)徑比大，鉆桿細(xì)而長(zhǎng)，剛性較低，易產(chǎn)生振動(dòng)，并使鉆孔偏斜，因此導(dǎo)向塊形狀和質(zhì)量好壞的影響也不容忽視。對(duì)我們的φ52深孔鉆頭而言，它是以?xún)蓚€(gè)導(dǎo)向塊和一個(gè)副切削刃的結(jié)構(gòu)確定其徑向尺寸，這樣刀具可以在工件孔內(nèi)三點(diǎn)定圓，自行導(dǎo)向。導(dǎo)向塊的分布原則是要求徑向合力作用在兩導(dǎo)向塊之間，作用在各個(gè)導(dǎo)向塊上單位面積的壓力應(yīng)小，并且好兩塊導(dǎo)向塊的壓力相等，以保證穩(wěn)定切削和導(dǎo)向塊的磨損均勻。如果導(dǎo)向塊磨損不均勻，甚至在鉆削過(guò)程中損壞，都會(huì)對(duì)孔軸線(xiàn)產(chǎn)生影響。另外，導(dǎo)向塊不能太短，太短的導(dǎo)向塊起不到導(dǎo)向的作用。

　　6、其它影響因素

　　深孔鉆削時(shí)影響孔軸線(xiàn)偏移的因素除上述主要因素外，還有許多隨機(jī)性的影響因素，如：

　　工件材料的硬度不均勻，有硬質(zhì)點(diǎn)等

　　鍛造和熱處理后的不均勻殘余應(yīng)力等。

　　冷卻潤(rùn)滑壓力的脈動(dòng)，進(jìn)給量不均勻等使切削厚度發(fā)生變化。

　　斷屑、排屑情況的變化，切屑的短時(shí)間堵塞。

　　機(jī)床振動(dòng)和外部振動(dòng)的干擾等。

　　這些隨機(jī)因素是通過(guò)切削力的波動(dòng)而造成加工孔軸線(xiàn)的偏斜，雖然它們單獨(dú)偶爾出現(xiàn)的影響極小，但當(dāng)多因素大量出現(xiàn)時(shí)，卻具有不可忽視的影響。

　　三、控制深孔鉆削孔軸線(xiàn)偏斜量的辦法

　　如前所述，鉆削過(guò)程中影響孔軸線(xiàn)偏斜的因素很多，剛開(kāi)始鉆削時(shí)由于導(dǎo)向套誤差，鉆頭受力不均而產(chǎn)生孔軸線(xiàn)徑向偏移。隨著鉆孔深度的增加，在切削力的作用下，由于鉆桿剛度不足、鉆頭導(dǎo)向的受力分布及質(zhì)量好壞等諸多因素的影響，造成孔軸線(xiàn)偏斜的加劇。因此，需要采取有效的措施來(lái)減小或抑制深孔鉆削過(guò)程中孔軸線(xiàn)的偏斜。

　　1、選擇的切削方式

　　在實(shí)際加工中，工件旋轉(zhuǎn)的加工方式，無(wú)論從鉆削的穩(wěn)定性還是孔軸線(xiàn)的偏斜情況都要比刀具旋轉(zhuǎn)的加工方式要好。所以應(yīng)選擇工件旋轉(zhuǎn)，刀具進(jìn)給的加工方式。

　　2、合理選擇刀具幾何參數(shù)

　　在選擇導(dǎo)向塊位置角時(shí)，首先要考慮鉆頭的穩(wěn)定度，保證鉆頭穩(wěn)定度大于1;在選擇刀具幾何角度和各個(gè)刀片的切除量時(shí)，首先要考慮徑向切削力的平衡性，徑向合力要指向?qū)驂K，盡量減少切削力對(duì)鉆頭頭部的力矩，減少刀具入鉆傾斜角。

　　3、提高被加工件的幾何質(zhì)量和物理質(zhì)量

　　幾何質(zhì)量主要是指被加工工件表面的幾何尺寸，要求工件毛坯外圓和端面要粗車(chē)，并保證端面和外圓軸線(xiàn)垂直，這樣可以減小工件離心力，保證入鉆時(shí)鉆頭與工件端面的垂直。物理質(zhì)量主要是指被加工工件材料的質(zhì)量。在深孔鉆削前，應(yīng)先進(jìn)行調(diào)質(zhì)或時(shí)效處理，減小工件因硬度不勻和殘余應(yīng)力對(duì)鉆孔軸線(xiàn)偏斜的影響。

　　4、提高導(dǎo)向精度

　　導(dǎo)向精度取決于授油器中心與機(jī)床回轉(zhuǎn)中心的同軸度及導(dǎo)向套內(nèi)外面的同軸度和導(dǎo)向孔與鉆頭的配合精度，導(dǎo)向套材料好選用高強(qiáng)度合金剛，淬火硬度在HRC55以上，增強(qiáng)耐磨性，提高導(dǎo)向套導(dǎo)向精度的保持能力。

　　5、提高鉆桿剛度

　　鉆桿的剛度對(duì)孔軸線(xiàn)偏斜量的影響至關(guān)重要。如何提高鉆桿剛度是改善深孔鉆削過(guò)程中孔軸線(xiàn)偏斜量的一個(gè)重要因素，為提高深孔鉆削的剛度，除在頭部設(shè)有導(dǎo)向套外，在鉆桿中部可附加安裝1-2個(gè)中間支撐架，支撐架可沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，直至鉆孔工序完成。試驗(yàn)證明，應(yīng)用中間支撐架可使鉆孔偏斜量減小。如圖5所示為對(duì)45#鋼主軸鉆孔，其鉆孔直徑d=52mm，切削轉(zhuǎn)速n=240r/min，進(jìn)給量f=0.20mm/r帶中間支撐架和不帶中間支撐架時(shí)的孔軸線(xiàn)偏斜量的比較曲線(xiàn)。由該曲線(xiàn)可知，不用中間支撐架時(shí)，鉆孔深度400mm處孔軸線(xiàn)偏斜量可達(dá)0.5mm，而采用中間支撐架時(shí)，在同樣條件下孔軸線(xiàn)偏斜量?jī)H為0.2mm.由此可知，用中間支撐架對(duì)改善深孔鉆削孔軸線(xiàn)偏斜量有一定的作用。

　　6、選用合適的減振方式

　　減小切削振動(dòng)，可以提高刀具耐用度，減少鉆削中孔軸線(xiàn)偏斜。對(duì)于內(nèi)排屑系統(tǒng)減振效果較好，因?yàn)榍邢饕和ㄟ^(guò)已加工孔壁與鉆桿外圓之間的環(huán)形空間均勻流入，對(duì)鉆桿形成柔性支撐，可以減振吸振。除此之外，在鉆桿上附加減振裝置，也可以有效地抑制振動(dòng)。