非回转体零件卧式深孔加工系统改造设计

精品资料，值得下载学习！ 非回转体零件卧式深孔加工系统改造 摘要 现代深孔加工技术的发展，面临着多品种、小批量、新型工程材料及愈来愈高的精度要求的挑战。由于机械行业产品多品种、小批量的比重日益增加，提高劳动生产率、降低生产成本成为深孔加工技术的中心课题。随之而生的，普通机床改造为深孔加工的必要性日益凸显其经济性和高效性。目前机床改造在我过还处于初步阶段，采用普通机床改造为深孔加工机床，不但可以大大节省购置机床的昂贵费用，还可以实现一床多用，对其系统改造的同时，也可以提高机床的性能和精度，使其加工出来的产 品质量更好、品种更多、档次更高、成本更加低廉。所以应该推广对普通机床的合理改造。 课题 的 主要 内容是将一般卧式车床改造为加工非 回转体零件 的卧式深孔钻床，实现了在普通车床上加工特殊零件的功能。文 分析了当今国内外 深孔加工 技术的发展现状与趋势， 在 考虑到经济 效益 成本 的 问题， 并且满足加工要求的前提下进行了比较简易的改装设计 。 对 普通车床改造的 主要 内容 有 枪钻及内排屑钻床改造整体方案的设计，由于加工非回转体零件有其特殊性，所以特别提出了枪钻及内排屑系统改造中钻杆连接器的设计，枪钻扶正器及内排屑授油器的设计，还有油路系统设计， 包括负压切屑特性分析等，并且 分析了各装置的结构与功能，并对部分轴承、轴进行了校核，还对各附件的组装提出了要求。以满足在加工过程中的功能实现和经济效率。 本课题解决了在普通车床上加工特殊零件的问题，实现了一床多用，对非专业化的生产厂家实现了相对较短的研发周期，节省了大量的资金。 由于改造 经济实惠， 简单易行 ，又能达到生产需求及加工精度，一般零件加工厂家无论从它的价格上及它的性能上都是非常满意的。 所以本课题对在普通机床上加工特殊零件有一定的指导意义。 关键词 非回转体零件 深孔钻削 车床改造 精品资料，值得下载学习！ of is of of as of of I is in of of of so of So it be a to of is to of of is a of of of s of of on TA of of it is TA TA of an of of of To in of to of to a a of of in of is in of a 品资料，值得下载学习！ 目 录 1. 绪论 . 1 . 1 . 1 术发展动态 . 3 . 3 内深孔加工技术发展的动态 . 7 . 7 . 8 . 9 . 9 . 9 要研究内容 . 9 究主要方法 . 9 2 非回转体卧式深孔钻削系统整体方案设计 . 10 . 10 . 11 . 14 . 15 1. . 15 2. 喷吸钻系统 . 16 . 16 各深孔加工系统的比较分析： . 17 . 18 . 18 . 18 . 19 . 20 . 21 . 22 . 23 . 25 . 25 精品资料，值得下载学习！ . 26 . 27 . 28 F 系统均压腔的设计 . 29 校核： . 30 承选取 . 31 . 31 择 . 31 油器的设计 . 32 . 34 屑处理的主要技术问题 . 34 屑 . 34 曲与断屑 . 35 震 . 37 削用量的选择 . 37 . 38 . 39 工作原理 . 39 . 39 . 40 . 40 . 41 . 42 对排屑的影响 . 42 屑通道压力. 43 压效应对排屑的作用 . 44 . 45 . 45 展与展望 . 45 参考文献 . 47 致谢 . 错误 !未定义书签。 精品资料，值得下载学习！ 精品资料，值得下载学习！ 1. 绪论 课题的研究意义和目的 深孔加工是机械制造技术中的难点之一。据有关资料统计，在机械制造行业中孔加工占全部机械加工的三分之一多，而深孔加工又占到 40%以上。由于孔加工的特殊性从而形成了其经典难题，难排屑、难冷却、难润滑、工具系统刚度低。这些问题长期困扰着深孔加工汉沽额，他们限制了深孔加工的工艺范围，也限制了深孔加工理论及技术向其他领域拓展能力，使深孔加工成为制造技术门类中成 本最昂贵的技术之一。 国内外的研究人员对深孔加工的加工方法、理论基础第二部分等等方面进行了大量研究，取得了众多的重要成果，但是在刀具的切削状态仿真、排屑装置改进与排屑的仿真方面的研究尚欠缺。论文真是针对深孔加工中排屑难的问题尽享研究，以 统为模型基础，在原有机床的基础上，考虑寄到的结构和负压装置的改进等因素，对车床系统进行改造。 机床改造 为深孔加工机床 的意义 主要有以下几点： 1） 节省资金。 机床的改造同购置新机床相比一般可节省 60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置 费的 1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床 60%的费用，并可以利用现有地基。 2） 性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。 3） 提高生产效率。 机床改造 为深孔加工机床 后即可实 现一床多用（车削，深孔钻削，深孔镗削和深孔珩磨） 的 优点， 自动化效率 也可提高 。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产 制造 周期。 新型材料的非回转体零件的深孔加工是对深孔加工技术的挑战，由于非回转体零件不能不能旋转， 在一般深孔加工机床上是不能进行加工的，所以其加工必须使用特制改装的深孔钻床，这种特制机床的改装与一般机床改装方法是有所不同得，所以本课题的意义主要在于通过对传统机床的特殊改造，使其成为可以对非回转体零件进行深孔加工的钻床，并且提高传统深孔加工方法的水平，开发出新的制造技术与工艺方法。 由于本课题是针对 传统机床 进行改造使之 成为可以对非回转体零件进行深孔加工的钻床 ，所以比市面上上百万的深孔钻床廉价的多，既可以满足加工要求，又可以降低成本，提高效益。 孔加工特点 精品资料，值得下载学习！ 深孔加工与普通孔加工相比，具有 其自身的一些特点，主要表现在一下几方面： （ 1） 从加工的切削状况来看 1）深孔加工处于一种半封闭或封闭的加工状态下，不能直接观察刀具的切削和走刀情况。 2）切屑在深孔内，排屑路径较长，不便排屑。 3）工艺系统刚性差。 4）深孔刀具在近似封闭的状态下工作，热量容易积累，不便于散发，磨损严重。 （ 2） 从深孔加工的运动方式来看 1） 工件不动，刀具做旋转运动。 2） 工件转动，刀具做进给运动。 3） 工件旋转，刀具也做相反方向旋转又做进给运动。 4） 工件做旋转运动与进给运动，刀具不动，这种形式采用不多。 （ 3） 从深孔加工的排屑方式来看 1） 外排屑式 ：冷却液从空心钻杆输入，经过切削区带着切屑，从呗加工零件的孔和钻杆外壁排出。 2） 内排屑式：冷却液从被加工零件的空和钻杆外壁输入，经过切削区带着切屑从空心杆的空中排出。 两种排屑方式相比，应选用内排屑方式，内排屑方式中切屑不受导向块的阻碍，不宜划伤已加工的孔表面，且排屑通常，钻杆刚性高。 深孔加工的特点： 孔加工切削状态恶劣，切削力更大，排屑难度远大于普通孔的加工，若不能可靠地断屑和排屑，将造成切屑堵塞及拉伤加工表面，引起刀具损坏。 孔加工属于半封闭式切削，切削热不易散出 ，切削温度高，若无良好的冷却和润滑容易造成刀具磨损加快。 于深孔的长径比较大，钻杆细长，刚性较低，容易产生振动，造成钻孔偏斜而影响加工精度，因此，深孔钻加工必须由导向块进行确定中心的导向。 深孔钻系统的特点 ： 能用于数控或手动镗床、车床、铣床、钻床及加工中心等。 精品资料，值得下载学习！ 表面粗糙度通常可达 钻削深度可达钻头直径的 30，无需中途退屑。适用于加工孔径 352度可达 3000深度超过钻头的 30倍时才需分级 钻削。 不依赖任何其他工具，可迅速学会安装使用，同时占用面积小。 利用特别设计的导向套，更能从 90度以外的角度钻入及进行交接钻孔。 无需花费太多资金就能大量解决深孔加工的疑难，产生极高的效益。 内外深孔加工技术发展动态 外深孔加工技术发展的动态 18 世纪后期，由于制造的枪管和炮管要求有较精度的孔，深孔钻削加工技术随之发展起来。开始人们用扁钻进行加工，直到 1860 年美国发明了麻花钻，这在钻孔领域迈出了重要的一步。尽 管麻花钻是扁钻的一种改进，但是还是不能作为一种极好的精加工工具，加工深孔时麻花钻还有一些缺点，例如，；还有麻花钻的抗扭矩性能是有限 的，因此进入孔的速度低。在实践中，人们发现麻花钻的这些缺点可以通过采用自导 式单刃钻孔工具来克服，在这种情况下产生了枪钻，枪钻的名称是因加工枪孔而得名 的。枪钻最早是由西德、英、美国的几家工厂为军事工业制造的。后来逐渐推广到其 它机器制造部门，而成为普通采用的一种加工深孔的工具，在我国枪钻称为外排屑钻 孔工具。 由于枪钻的钻杆为非对称形，抗扭转性能差，只能传递有限的扭矩 ，因而枪钻只 适用于加工小孔零件。枪钻的另外一个缺点是切屑通道介于钻杆和已加工过的孔之 间，易于划伤工件表面。所以，在第二次世界大战前和战争期间由于战争的需要，枪 钻方式加工设备已不能满足军工生产的需要，因而在 1943 年在德国由毕斯涅耳研究 出毕斯涅耳加工系统（即我国常称的内排屑钻孔法），并在德国取得了专利权。此后， 毕斯涅耳又经不断发展和改进，到 1951 1955 年见基本定型，推广应用于生产。 二战后，以德国海勒公司和瑞典卡尔斯德特为主导，成立了一个以德国、瑞典、 英国、法国为主要参加国的 国际深孔加工协会（ 推出了一种具有单边刃、自导向和高压切削液的内排屑深孔钻头，这就是迄今仍用于 钻直径 20上深孔的 。与枪钻相比， 采用圆形空心钻杆和高压 密封装置，将大量高压切削液输入钻杆和工件孔壁之间的间隙中，冲向切削区，除了 精品资料，值得下载学习！ 起到冷却润滑和支撑钻杆的作用外，还带着切屑从钻杆内孔排出。它具有刚性好、精 度高、效率高以及刀具系统性能好等优点。虽然工本费用较大，但其生产效率比一般 加工方法高 4 10 倍，又可 取消一般精加工工序。所以总的看来，还是一种经济的加 工方法。 目前国外研究生产的先进机床和可以实现的加工难度列举在下面的坐标机床上： （一） 普通型单座标深孔钻床。 我国于 1989 年我公司的前身德州机床厂为了满足国内加工的需要，自行设计制造了最大钻孔直径 20 毫米、最大加工深度 500、 1000 毫米的 深孔钻床，这是我国第一台利用枪钻法钻削的深孔钻床， 1990年通过原机械工业部部级鉴定，并评为国家级新产品，填补国内空白，真正投入市场用于生产是在半年以后，中间经过用户批量试验认同，才逐渐推上 市场，到目前我公司仅深孔钻床产品年产值已达千万元。该产品已由普通继电器控制的 编程控制器控制的 展到现在由电气数字控制系统控制和应用其他先进技术的 中为了提高加工效率 ,满足大批量生产的要求 ,又开发了双主轴的 控深孔钻床系列及其他专机等。 上世纪 70 年代初，深孔钻床在世界上还是采用普通继电器控制的。如 70 年代 80 年代进入我国的美国的 司的 国 30，日本神崎高级精工制作所的 80年代后期由于数控技术的出现才逐渐开始在深孔钻床上得到应用，特别是 90 年以后这种先进技术才得到推广。如 0年代初上市的 给用滑台导轨采用滚动直线导轨以外，钻杆箱传动为了保证高速旋转、精度平稳，由交换皮带轮及皮带，和双速电机驱动的有级传动变为无级调速的变频电机到电主轴驱动，为钻削小孔深孔钻床和提高深孔钻床的水平质量创造了有利条件。这可 以从下述对比的几项主要技术参数看出，深孔钻床发展情况 :（ 型号项目 单位 钻孔范围 1轴 5 225 418 2轴 0 218 3轴 111 111 4轴 110 110 进给速度范围 015000(无级 ) 015000(无级 ) 35320(无级 ) mm/轴功率 快速移动速度 15000 15000 3500 mm/主轴转速 100024000(无级 ) 10009000(无级 ) 13756100(无级 ) r/ 钻削孔径向小方向延伸，说明技术含量高，质量要求严格。 主轴向多轴发展 ,可以同时加工多件工件，提高加工效率。 主轴转速高，应用先进 精品资料，值得下载学习！ 的电主轴，运转平稳、精度提高。 进给速度范围广且大，因此深孔钻床这些年来由于先进技术的应用，水平提高很快。 （二）专用型深孔钻床。 近些年来为了加工某些零件上的相互交叉或任意角 度、或与加工零件中心线成一定角度的斜孔，垂直孔或平行孔等需要，各个国家而专门开发研制多种专用深孔钻床。例如专门为了加工曲轴上的油孔，连杆上的斜油孔，平行孔和饲料机械上料模的多个径向出料孔等。如： 司生产的特别适用于加工摩托车到轻型卡车的各种中小型曲轴油孔的 别适用于大中型卡车曲轴油孔的 孔钻床，它们均具有 X、 Y、 Z、 公司为了客户需要 ,在一条生产线上可以加工多种不同品种的曲轴油孔，于 2000 年设计制造了第一台柔性曲轴加工中心，可以加工 2 12 缸不同 曲轴上所有的油孔。英国 工件孔数量多达 36000个。全都是数控系统控制的。 （三）三座标数控深孔钻床。 随着家电市场销售量增大，塑料制品增长速度加快，塑料模具制造业蓬勃发展，深孔钻床为了满足模具上的水孔、射销孔等孔系的深孔加工。由过去的单一座标轴的深孔钻床加工发展到需要加工座标孔系的多孔加工而开发的三座标数控深孔钻床近些年来发展很快。 1995年我公司为了满足广东美的空调设备有限公司开 发了我国第一台为塑料模具上多孔系加工的 三座标数控深孔钻床，为了满足模具制造业发展的需要，又开发了除了钻削深孔以外，还可以进行铣削、攻丝等多功能的 孔钻铣中心和三座标数控 深孔钻床。此类机床世界上有关国家发展很快，不仅有三座标 (三轴数控轴 )深孔钻床，而且数控轴已发展到四轴、五轴，有的已到六轴的全自动六轴数控枪钻加工中心或数控铣钻中心，它们都有自动换刀装置。前几年存储刀具的刀库只有 12把或 24把，而且自动换刀装置不包括细长的枪钻，现在不但刀具库存储数量增 加，而且枪钻也自动更换之列，这是一个很大的发展。如：德国 四轴数控（ X、 Y、 Z、 B）深孔钻床刀具刀库存储 24 把， 司的 20 1050孔钻削中心，滚筒式刀具库 24 把（其中 8 种不同直径、每种三件），它们的枪钻都不包括在自动换刀之列。现在的英国 列全自动六轴数控枪钻加工中心、钻孔直径范围： 5 50大钻孔深度 1350了钻削以外还有铣削、攻丝功能。当刚性攻丝 可以用标准铣刀及螺旋铣削方式通过数控插 补功能来加工大螺纹，它的自动换刀装置具有 90 把刀，其中包括长度达到1500 钻的自动更换，其独到之处是对这长钻头的特殊辅助支承，在加工过程能自动就位和撤回，该机床还有用户化编程软件 控系统。可编程参数：主轴进给速度、钻孔深度、及对加工工程中进行监控。为了扩大机床加工规格范围，有的深孔钻床既具有枪钻法钻削深孔、铣削平面、刚性攻丝的功能，又具有内排屑钻削（ 精品资料，值得下载学习！ 钻孔的功能，以便钻削大孔及加大机床柔性。如：德国 司的 11600 5重型深孔钻铣复合加工中心，五轴数控其 主要技术参数：钻孔直径范围： 3 36 （ 65）中大于 35孔径可用 进行钻削。一次钻削深度 1600大钻削深度 2100削能力 250（ 400） 轴转速 300（ 75） 6000r/轴数控：W、 X、 Y、 Z、 B、 A（ +15 ），按 “A” 其中 W钻铣单元水平移动； X工作台横向移动； Y钻铣单元垂直移动； Z立柱纵向移动； B工作台旋转； A钻铣单元摆动。再如德国 主要技术参数：钻孔范围： 4 25最 大钻削深度 1000削能力 350花钻钻孔最大 30攻丝 数控轴数： X、 Y、 Z、 W、 B、 轴，此机床具有很大的柔性，除了加工垂直于平面上的和斜面上钻削深孔以外，还可以利用 “C” 轴对曲轴上任何位置上的油孔进行钻削。 近些年来，除深孔钻床有很大发展以外，深孔钻枪本身也有很大变化。过去枪钻规格一般为 2 30右，现在已发展到 40至到 50德国 50特别是其中大于 18钻头可用机夹 刀头，它是一种不重磨钻头，刀刃磨损后转位、刀片磨损后更换刀片或导向垫，不会伤害或废弃刀杆、刀柄等。 由于 克服 1963 年瑞典 司发明了喷吸钻系统。喷吸式深孔钻（ 在内排屑深孔钻基础上发展起来的新型实心深孔加工方法。它是利用流体 的喷吸效应原理，当高压流体经过一个狭小的通道（喷嘴）高速喷射时，在这股喷射 流的周围形成一个低压区，可以将喷嘴附近的流体吸走。它比较巧妙的解决 了 统的复杂压力头及密封问题。它不需要专用的深孔钻床，只要求普通机床具有足够 的功率，必要的切削速度与机床结构的稳定性就能使用。 喷吸钻的特点是采用内外钻杆，冷却液通过两管之间间隙输入，其中一部分冷却 液经两管之间的空间进入切削区，起润滑、冷却、排屑的作用，而另一部分冷却液通 过内管上的喷口进入内管排屑通道，在排屑通道内形成一个局部真空区，对切削区冷 却液和切屑产生抽吸作用。但是喷吸钻本身也存在的缺点，由于采用内外钻杆，排屑 空间受到限制，所以钻削直径一般大于 18时冷却润滑液供给方式不 能控制 刀杆振动，刀杆易擦伤，因而刚性与加工精度略低于 统。为了补偿喷吸钻的 不足，日本冶金股份有限责任公司发展了 统， 统 在日刊机械设计 1980 年第 4 期发表以后，即为我国工程界所重视。 统综合 了 统 和喷吸钻系统的优点，对双管喷吸钻去伪存精，淘汰了双管的衬管，恢 复了 已有简单结构，并借用了双管喷吸钻的负压抽屑机理，在钻杆末端设置 产生负压作用的喷嘴，将推吸排屑加以结合，大大提高了排屑能力。 统在简化双管喷吸钻结构方面是一个明显的进步，但在其抽屑器设计上还不很成熟。 精品资料，值得下载学习！ 内深孔加工技术发展的动态 深孔技术在我国得到了广泛的应用，江西量刃具厂、成都工具研究所、中北大学、西安理工大学、西安石油大学、北京科技大学、大连理工学院等单位在深孔加工技术研究方面处于领先水平。 广西工学院研制出了一种用于数控机床的高效深孔钻，解决了在数控机床上加工 小直径深孔（ 证系统加工 稳定。 切屑的容积系数越小越有利于排屑。据资料统计，各种形状切屑的容积系数是不同的。一般，带直长屑 R=300 400；带状乱散屑 R=100 300；螺卷长屑 R=50 100；螺卷短屑 R=30 50；半环状屑（包括大 C 形屑和带状短屑） R=15 30；发条状屑 R=1015；折皱单元屑 R=8 9；断裂单元屑（包括小 C 形屑） R=5 6。一般内排屑深孔钻R50 就可以顺利排屑，单刃外排屑深孔钻（枪钻）、套料钻由于排屑孔和通道很小，要求容屑系数更小， R10。 C 形切屑及皱折单元屑的容屑系数较小 ,在同样的切屑排屑率 下，容易排出，并且占用存放场地小，是 深孔加工的理想切屑状态。当钻削进给量较小时，容易产生一种薄而软的带状切屑，该切屑的排屑率较高，容易排出，也可作为深孔加工的正常切屑，但由于这种切屑容屑系数 R 较大，排出后占用场地多，并且容易改造成切削液损耗，只适于存屑场地较大、有大型清理切屑设备的厂家。 影响排屑的还有形状系数 切屑形状系数的定义是： （ 2 式中 L 为一根切屑的长度 ,指切屑的纵向、横向及厚度尺寸中最大的尺寸； G 为一根切屑的重量； R 为切屑的容积系数 。 小，切屑越容易处理。对小直径深孔内排屑钻削，用这个指标比较合理，因为它综合反映了切屑的大小、重量和容积系数。 深孔加工要求切屑能在有限空间内顺利排出，要求切屑为短屑和部分锥螺旋屑；对于外排屑深孔钻可有一些薄的带状短屑也能排出。内排屑深孔钻削尤其是钻削小直径深孔时 ,一般都希望得到 C 型屑或小针状屑，因为 C 型屑和小针状屑的变形系数小、容积系数小 ,切屑容易排出。 屑通道压力当射流间隙为 零时， 统就变成了 排屑系统。切削液由切削区进入排屑 精品资料，值得下载学习！ 通道具有一定的压力和流量，上通道中的切屑获得一定的能量，并在切削液的压差作用下被排出。切屑在排屑通道中运动时，受到切削液的推力作用，同时还受到切削液黏滞阻力和摩擦阻力作用。为了能顺利排屑，切削液压力 须大于 就要求提高输入到切削区的切削液压力或流速。在结构参数确定的情况下，若不考虑负压效应，则可以通过增大排屑通道压力 流量 提高液流流速，达到提高排屑能力的目的。 在进给量较大的条件下，可以得到稳定的 C 形屑。这时，切削液流量的大小 对于切屑的形状和容屑系数 R 影响较小。这是由于此时切屑在经受了很大的切削变形和附加变形之后，其硬度和强度都很高，又