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普通組合機床上深孔（kǒng）加工（gōng）技術的（de）研究

2018-12-14 來（lái）源：廣西玉柴機（jī）器（qì）股份有限公司作者：馮基

本文提出了基於普通組合機床上加工（gōng）深孔（階梯深孔）一係列加工技術，解決（jué）了加工柴油機發動機氣缸蓋過釘孔、導管底孔、噴油器安裝（zhuāng）孔等深孔（階梯深孔）位（wèi）置度、孔徑難保證的難題，提高了產品的加工質（zhì）量，降低了生產成本。

作者：馮基廣西玉柴機器股份有限（xiàn）公司（sī）三發廠技術科主（zhǔ）任工程師，從事機加工現場工藝技術的工作已經有20多（duō）年，對解決機加工工藝技（jì）術疑難問題（tí）有著豐富的工（gōng）作經驗和較深的（de）造詣。

普通組（zǔ）合機床上深孔（階梯深孔）的（de）加工是公認（rèn）的（de）難題，其位置度（特別是出口位置（zhì）度）以及孔徑精度很難（nán）保（bǎo）證。目前國（guó）內外對深（shēn）孔加工一般（bān）采用槍鑽（或槍鉸），但是槍鑽（或槍鉸）對於小孔距的深孔（階梯深孔）的（de）孔係由於其結構的限製不能一次加工完成，需（xū）要采用（yòng）多工位加工，因此，降低了生產效（xiào）率，增加了加工成（chéng）本（běn）。同時其對設備精度要求較高，普通組合機床不能（néng）勝任，因此投入大，不利於廣泛應用。因此，必須突破普通組合機床上傳統加工技（jì）術的局（jú）限性，發展出全新的（de）深孔（階梯深孔）加工技術。

前、後同時（shí）導向深孔加工技術柴油發動機氣缸（gāng）蓋過釘孔深9 6 m m ，孔徑φ 1 5 m m ，長徑6.4，屬深孔，采用的加工技術為第一道工序鑽（zuàn）φ14mm孔，第二道工序擴φ15mm孔。普通組合（hé）機床上傳統（tǒng）的擴孔技術采用如圖1所示的後導向方式，其目的是為了修正第一道鑽孔工序的位（wèi）置，但是由於擴孔（kǒng）刀在開始切削時（shí）受到第一道鑽孔工序位置（zhì）偏差大的影響而造成加工餘量不（bú）均勻，受到不對稱的徑向力擠向（xiàng）餘（yú）量小的方向，因此刀具開始切削就有（yǒu）傾斜的趨勢。隨著加工孔的深度增加，擴孔刀的懸伸也隨之增加，其剛（gāng）性（xìng）變得來越差，並且開始出現變形彎曲，越來越傾斜。當加工到達（dá）出口（kǒu）時其位置偏移達到最大。可見，傳統的後導向的擴孔技術由於無法解決刀（dāo）具的剛性（xìng）問題，因此對（duì）過釘孔位置的修正是有限的（de）。

圖1

因此，要解決過釘孔出口位置偏的加工難題，必須解決擴孔刀剛性差的問題。圖2是對擴孔專機（jī）的夾具、刀具進行改進，夾具上增加了（le）前導向裝置（由（yóu）前導向模板、前導向套等（děng）組成），擴孔刀增加了前（qián）導向。加（jiā）工時刀具前後導向分別進入前後導向套定位，然後開始切（qiē）削加工。由於在切削加工過（guò）程中刀（dāo）具始終有前後導向套的支撐定位，因此其剛性得到了顯著加強，從而有效（xiào）地克服了刀具的變形彎曲（qǔ），保證了過釘孔入（rù）口（kǒu）、出口的位置度。為了解決（jué）排屑及掉刀問題，將擴孔刀設計成左旋右切（見（jiàn）圖3），這樣刀具自然形成的（de）負前角可以使切屑順利地向前排出，同時左旋的（de）螺旋槽可以使刀具在回轉時受到一個沿軸向向後的推力，防（fáng）止刀具退回時被從接杆（gǎn）拉下來（lái）卡在工件裏。

由於過釘孔是深孔，刀具的（de）後導向部分（fèn）必須得進入（rù）已加（jiā）工孔內，且其長度隨著加工孔深度（dù）的增加而增（zēng）加，故後導向部分與孔壁的（de）摩擦力越（yuè）來越大，嚴重時刀具（jù）被“抱死”，甚至被扭（niǔ）斷，同時（shí）電（diàn）動機因為過載而跳閘（zhá）。因此，為了減少刀具後導（dǎo）向部分與已加工孔的（de）摩擦力，刀具後導向部分（fèn）的直徑必須比切削（xuē）部分的直徑小，優選小0.02～0.03mm，不能小（xiǎo）太（tài）多，否則會（huì）影響導向精度。同（tóng）時刀具切（qiē）削部分的材料（liào）要選擇耐（nài）磨性較好的合金，防止刀具磨損過多後出現“抱死”現象。經過（guò）使用驗證，合金YS8或YS10使用效（xiào）果很好，新刀加工件數多達9 000件以上，而且可以反複刃磨利用。為了解決定位銷的定位（wèi）、導向、排屑的問題，如圖3所示，在定位銷上設置了（le）排屑孔、導向孔及讓刀孔（kǒng）。其工作原理（lǐ）如下：前後導向刀具的前導向穿過工件的（de）待加工孔，並進入定位銷中心（xīn）的（de）導向孔,同時刀具的後導向也進入夾具後（hòu）導向模板的導向套，接著刀具開始對工件的待加工孔（kǒng）進行切削（xuē），產生的切（qiē）屑的一部分通過刀具前（qián）導向的螺旋槽排出，一部分（fèn）通（tōng）過定位銷法蘭的3個排屑斜（xié）孔排（pái）出（chū）。當刀具切削刃部分進入定位銷（xiāo）避開刀具的讓刀孔時，整（zhěng）個加工過程完成。

圖（tú）2

圖3

前導向深孔加（jiā）工技術柴油機氣缸蓋導管底孔φ15.2mm及氣門座孔組成階梯深孔（其中導管底孔是深孔），為了修正上道工序加工誤（wù）差，普通組合機床上其半精加工如（rú）圖4所（suǒ）示（shì）采用傳統的鏜孔加工技術。但由於導管底孔鏜（táng）刀杆直徑小，懸伸長（小鏜刀到氣門座（zuò）孔鏜刀距離約86mm），剛性不足，加工時受力時擺動（dòng）大，因此加工的導管底孔孔徑有（yǒu）錐度（dù），直（zhí）線度、位置度（dù）、垂直度等變動（dòng）大。特別是與氣門座孔不同軸，經常因為這些問題（tí）影響精加工工（gōng）序精鉸導管（guǎn）底孔的精度，如鉸不出，位置度、垂（chuí）直度、特別（bié）是同軸度差等。

圖4

為了有效解決上述問題，必須將φ15.2mm導管底孔的（de）鏜刀杆的（de）剛性加強，因此（cǐ），如圖5所示，改進了模板及鏜刀（dāo）杆。為了降低（dī）鏜刀杆的製造難度、製造費用，將其設（shè）計成組合裝配式，即（jí）將其（qí）設計成加工細長導管底孔部分的前導向鏜刀杆及加工（gōng）較大氣門座（zuò）孔部分的氣門座孔鏜刀杆，然後將前導向鏜刀杆安裝到氣門（mén）座孔鏜（táng）刀杆上（shàng），兩者（zhě）采用H6/h5配合聯接，並用夾緊螺釘壓緊前導（dǎo）向鏜刀杆的斜麵（miàn）。一（yī）方（fāng）麵（miàn）可以傳遞轉矩，一方麵產生的（de）軸向分力可以使它們的（de）端麵緊密貼合，保證裝配（pèi）後它們的同軸度及剛性；為了提高前導向鏜刀杆抗疲勞強度，將安裝小鏜刀的安裝槽設計成圓形；為了解決小鏜刀的緊固和定位問題，采用了（le）通（tōng）過（guò）螺釘壓分段頂杆去壓小鏜（táng）刀的扁位實現，同時也解決了細長螺釘（dìng）加工困難的問題；為了減少前導（dǎo）向鏜（táng）刀杆與導向套的摩擦力，在前導向鏜刀杆（gǎn）上加工出（chū）四條15°螺旋槽，形成四條寬度為4～5mm圓柱導向帶。進行加工時，前導向（xiàng）鏜刀杆導向部分部首先進入導向套，然後開始加工細長導管底孔，加（jiā）工完細長導管底（dǐ）孔後，接著加工較大（dà）氣（qì）門座（zuò）孔。由於鏜刀在（zài）整個加工過程中（包括細長導管底孔、較大的氣門座孔加工）前導向（xiàng）鏜刀杆（gǎn）都有前導向套的定位導向（xiàng），因此鏜刀杆特別是細（xì）長導管底孔前導向鏜（táng）刀杆的剛性得到顯著增強，從而根（gēn）本上解決了加（jiā）工細（xì）長導管底孔（kǒng）因鏜刀杆直徑小、懸伸長剛性不足所（suǒ）引起的擺動，進而解決（jué）了加工細長導管底孔孔徑有錐度，直線度、位置（zhì）度、垂直度變動大，及其與較大（dà）氣門座孔不同軸等（děng）加工難題。

圖5

先後導向，然後前、後導向深孔加（jiā）工技術（shù）如圖 6 所示，柴油機氣缸 φ25mm×φ12mm×φ9.3mm噴油器孔是階梯深孔（其中φ12mm、φ9.3mm是（shì）深孔），上部φ25mm

孔與下部（bù）φ25mm之（zhī）間是空腔，其軸線與氣缸蓋底麵（miàn）成67°夾角（jiǎo），普通組合機床上（shàng）傳統的精加工技術采用如圖7所示的後導式複合精鉸。由於是（shì）階梯斜孔（kǒng），加工（gōng）時極易偏移，φ25mm孔（kǒng）中間的空腔（qiāng）降低了刀具（jù）在（zài）φ25mm孔內的自導作用，刀具φ9.3mm部分懸伸長（切削刃端麵（miàn）到導向套（tào）端麵（miàn）約90 mm），剛性不足、擺動大，因此φ9.3mm噴油器孔出（chū）口軸線與底（dǐ）麵交點到定位孔的尺寸（83±0.1）mm很難保證，長期以來該尺寸（cùn）都無法得到了有（yǒu）效控製，而該尺寸卻是噴油器孔（kǒng）的關鍵尺寸，其加工的好壞（huài）直接影響噴油器安裝的（de）配合精度及位置精度，從而影響整機的性能和可靠性。

圖6

圖7

針對上述階梯噴油器（qì）孔精加工（gōng）技（jì）術的缺陷，開（kāi）發（fā）出了一種（zhǒng）全新新的精加工（gōng）技術，具體為，本技術采用前後導向型複合鉸刀分兩步進行精加工，加工上部φ25mm孔（見（jiàn）圖6）時，如圖（tú）8所示，由於上部φ 25m m孔靠近後導向套，前後導向型複合鉸刀的導向（xiàng）精度高、剛性好，首先保（bǎo）證上部（bù）φ25孔的（de）位置精度；加工下部φ25mm、φ12mm、φ9.3mm孔時，前後導（dǎo）型（xíng）複合鉸刀的前導向段已經伸入前導向套，此（cǐ）時，前後（hòu）導向型複合鉸刀不僅有後（hòu）導向套的定位，而（ér）且有靠近下部孔的前導向套定位，刀具的剛性得到了加強，提高了定位（wèi）精度，因此，保證了下（xià）部孔的位置精（jīng）度。

結語

組合機床上深孔（kǒng）加工技術的開（kāi）發應用成果適（shì）用於機加工行業深孔（階梯深孔）的加工，解決深孔（階（jiē）梯深孔（kǒng））加工位置度、孔徑等難保證的難題，提高了產品的加工質量，降低了生產成（chéng）本，提升了產品的市場競爭力，產生了（le）巨大的直接（jiē）、間接的經濟效益、社會效益（yì），在（zài）機加工行業有著廣泛的推廣價值。

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