深孔加工刀具设计与研究

深孔加工刀具设计与研究

1工程材料深孔加工的方法深孔加工难度大，加工工作量大。这是机械工程的一个重要过程。需要专门加工深孔的工具，如步枪钻、bta系统和df系统。为适应种类愈来愈多,加工难度愈来愈高的新型工程材料的深孔加工,深孔加工的方法已由传统的切削加工方法发展到非传统的切削工艺方法,前者是以机械力学为基础的单刃或多刃刀具的切削方法,后者是以附加能量(如热切削、低温切削、磁化切削和振动)、附加介质切削(如添加气体切削或涂覆固体润滑剂切削)、高速切削、电解切削、以及高能束与射流切削技术等。目前应用最广的还是传统的切削加工方法。2车床深孔加工深孔的技术方法近年来我们在深孔加工领域结合生产实践不断总结经验,在C6140机床上加工带有通孔准50~120mm、长度为2~3m的小批量长轴深孔零件,如果定做专用枪钻、BTA系统、DF系统等专门加工深孔的加工刀具。实在是得不偿失,生产成本太高。根据深孔加工技术的特点,设计了如图1所示的带支撑减振装置的深孔组合镗孔刀具,解决了深孔加工技术的冷却、润滑、排屑、切屑处理、合理导向等核心问题。由于深孔的孔径比大,刀杆细而长,刀具切入时设计有导向装置和辅助支撑,从而解决了合理导向;安排了输送冷却液的装置,切削时能够充分得到冷却并形成水流把切屑排除孔外;改进了刀具切削刃的直线型结构,使排屑、切屑得到很好处理效果。使用带支撑减振装置的深孔组合镗孔刀具前,需要在工件中心钻出预孔(钻加工深孔工艺方法另篇论述);在车床上进行深孔加工属于半封闭式切削,排屑困难,切削液不易进入切屑区。同时,切屑产生的热量也不易散发出来。为避免因连续切削造成排屑不畅而将刀具损坏的情况,因此,钻削深孔时,一般当钻削深度达到该钻孔直径的2~3倍时,就要退出钻头,以便排屑。这种加工方式的局限性是:所用刀具一般选用高速钢材料如W6Mo5Cr4V2等。虽然抗弯强度高、冲击韧性大,但机床主轴转速通常情况下不会超过50r/min,对于大孔径切削,机床主轴转速往往达不到以上转速。另外最小进给速度通常比较小,为0.04~0.15mm/r,而更大孔的深孔加工要求进给速度还要低。以45钢Φ60mm孔为例,要求进给速度0.12mm/r,主轴转速50r/min。我们根据高速钢材料性能选择合适的刀头材料。3具体加工方法3.1带支撑减振装置深孔加工技术(1)将工件用机床三爪卡盘或四爪卡盘夹持,如果工件较长则需中心架支撑。刀具通过固定套固定在四方刀架或者中拖板上,由机床主轴带动工件作旋转运动,进给运动由大拖板提供。(2)车床上加工深孔时,深孔加工前须利用机床尾座和专门钻深孔工具加工引导孔;使用带支撑减振装置的深孔组合镗刀加工切削时,刀具两侧切削刃切削时背吃刀量相等,切削刃一个朝上,另一个朝下,切削力正好抵消,减小了机床的负载,(3)在刀具切削区域的尾部,设有很大的倒角,有利于切屑很流畅地排出孔内,刀杆上设有冷却管,可形成一定压力的水流把切屑带出孔外,避免了深孔加工时因出屑不畅“闷刀”。(4)使用支撑螺钉时,与孔配合的松紧要适当,太紧容易出现卡死现象,太松就会振动。使用支撑螺钉加工时,既起到支撑点作用,又起到导向作用,就不会“让刀”而产生锥度,也不会振动,从而保证了加工质量。支撑螺栓里面安装了滚珠,使支撑点的接触面几乎是一个点,加工出孔的直线度可达到0.1mm,粗糙度可以达到Ra3.2。3.2设备结构和加工3.2.1建立固定支撑座的螺纹孔带支撑减振装置的深孔组合镗刀如图1所示,由刀杆10及切削区域、刀杆装夹套12、支撑座1组成。此刀杆切削区域设置了两个方孔,相隔25mm左右,其方孔的轴线互成90°交叉,方孔内安装高速钢车刀,尺寸与方孔尺寸相匹配,最关键在于每把车刀前后处设有安装支撑座的螺纹孔,这样保证了刀具切削时不会发生振动,安装支撑座的螺纹孔设计在与刀具轴线垂直的方向上。在加工过程中即使刀具切削时被吃刀量不完全相等,也会被支撑座撑住,故此刀杆再长也不会发生振动。(1)两刀互成90°的最大好处在于排屑顺畅,后一把刀不会挡住切屑的排出。互成角度太小或者刀具安排太多太密不利于排屑,从而出现“卡死”现象,刀具损坏,不能顺利加工。(2)刀杆切削区域直径应大于后面刀杆直径10mm以上,形成容屑空间,切削时顺利排除切屑。(3)安装在刀具孔中的刀具长度L应为:L=(所需加工的孔径-预孔的直径)/2+预孔的直径3.2.2加工深孔的加工(1)加工使用带支撑减振装置的深孔组合镗刀之前,利用深孔钻孔工具和机床尾座在工件上加工出预孔(钻加工深孔工艺方法另篇论述),预孔大小尽量与刀杆切削区域的最前端直径14相当,使刀头的最前端14直径与预孔相抵,(2)使用时,刀杆10套在刀杆装夹套13内,M10螺栓通过装夹套上的内螺纹11压紧刀杆,刀杆装夹套12部分安装在刀架上,刀杆在刀杆装夹套13内可以调整适当的长度,高速钢刀具装在方形刀槽15、8内,利用4、7的内螺纹安装M10的螺栓紧固刀具,4处只有一个螺纹孔紧固刀具,因此螺栓比7处螺栓直径要大,刀具安装时一端刀刃长度要是另一端的2倍,加工过程中短刀刃、长刀刃最好是同时切削,实际操作过程中可能很难做到,那么我们在刀具调试时短刀刃先与长刀刃切削,短刀刃、长刀刃两刀之间距离相差越短越好。此时刀具两侧刀刃同时切削,并且背吃刀量尽可能相等,使机床负载减到最低。(3)如果预孔大于刀头部分的最大直径时,我们就在第一个支撑座螺纹孔5处安装上支撑座,调整上、下两侧支撑座螺栓的长度使其与预孔的直径相当,使其得到支撑作用,保证了加工时的工艺刚性。第一把刀加工出的孔径,正好作为第二把刀切削时的预孔,刀具的长度按照以上公式计算,才能使刀具两侧切削刃的切削余量尽量相等,即使相差一点,支撑螺栓就会抵消不平衡的扭力,从而使刀具不会产生震动,可以一次加工出很大直径的深孔,在加长C6140机床上可加工准50~120mm直径的深孔。(4)切削区域由方形刀槽切削部分15、8、安装支撑座螺栓孔5、6及紧固方形高速钢刀具的螺栓孔4、7,两把方形高速钢刀体安装15、8方孔内,两把刀具轴线交叉成90°组成切削部分,在刀具的径向两侧成90°垂直处各有一个支撑座,保证了刀具切削时不会发生振动或抖动,切削中主轴转速n、走刀量f不能大。第一把刀切削结束后,第二把成90°摆布的车刀用同样的方法继续把孔加工到更大的尺寸,两把刀具长度差值是后一把高速钢刀具加工的余量,使刀具的效率成倍地提高。(5)在安装支撑座螺栓孔5、6处安装支撑座形成支撑点,支撑点置于刀刃前,根据内孔径向尺寸调整螺纹确定两个导向支撑座最大点径向尺寸,解决了因刀杆刚性不足、导向不好使刀杆走偏,引导刀具切削时不会产生偏斜,加工时也不会“让刀”。增加刀杆强度,保证直线度达到图纸要求。支撑座里面安装了滚珠2,在滚珠下安装有硬性弹簧,滚珠2使支撑点的接触面几乎是一个点,不但加工出孔的直线度得到保障,而且减小摩擦阻力;硬性弹簧使支撑座具有柔性,当加工的内孔有锥度时,硬性弹簧就会被压缩,使支撑座最大点径向尺寸变小,切削刀具不会“卡死”,保护了机床和刀杆。加工出孔的直线度可达到0.1mm,粗糙度可以达到Ra3.2。(6)刀杆内设有冷却液管槽9,形成一定压力的水流把切屑带出孔外,避免了深孔加工时因出屑不畅“闷刀”。刀杆切削区域直径大于后面刀杆直径10mm以上,形成容屑空间。在刀具切削区域的尾部,设有很大的倒角,有利于切屑很流畅地排出孔内,刀杆上面设有安放冷却管的圆弧槽,使高压水冲涮切削区域,起到冷却刀具作用并且形成不断排屑的水流,切削时为了形成断屑刃倾角为2°~3°,刀刃上磨出断屑台阶有利于断屑。4量深孔组合刀具此种