深孔钻削时孔轴线偏斜产生的原因和解决措施.pdf

口 余子 L 钻 肖 8 3 7 L E II I 戋偏 余 i I 产生的 原 因和 解 决措施 一 文 沈阳机床 集团 有限责任公司 沈一车床厂技术部工艺室齐宏杨徐 娇 摘要 孔轴线偏斜问题是我车问主轴深孔钻削存 在 的一个技术问题 本文首先对深孔钻削进 行了切 削 状态分析 并对钻削时产生孔轴线偏斜 的原 因进行 了 简单分析 找出了其影响因素 并提 出了控制孔轴线 偏斜应采取的措施 关键 词 深孑 L 钻削偏斜措施 一 深孔钻削特点及切削状态分析 1 深孔钻削的工艺特点 1 深 孔钻削被加工 的孔是 在封闭的状态 下加工 形成的 操作者不能直接观察刀具 的切 削情况 加之 容屑空间小 切削热不易传播 排屑和冷却困难 2 工艺 系统 刚性差 尤其是刀具 系统刚性 系统 薄 弱 受孔径 的尺 寸限制 孔 的长径 比较大 钻杆 细 而长 易产 生振动 钻 孔易走偏 加工稳定 性差 孔的直线度和表面质量不易保证 3 切 削路线长 切屑排 出困难 刀具切 削刃负 荷不均 切削温度高 刀具易磨损 挤裂 崩刃 2 深孔钻头三个切削刀片的切削状态分析 5 4 第0 1 期数控机床市场 我们所 使用的深孔钻头形式如 图 1 钻 削的加工 完全由三个刀片 即外刀 片 中间刀片 中心 刀片所 承担 钻头通过螺纹与钻杆联接在一起 钻头上的外 刀片 中心刀片 中间刀片 由于所处 的位置和工作 状态不同 其各刀片的切削状况也不尽相 同 导 向块 中间 中心 3 图 I机夹深孔钻头 1 中心刀片在几个刀 片中 它的切削条件最 差 刀片所承 受的切削力最 大 挤压最为严重 卷屑 断 屑困难 容 易崩 刃 因此 应减小中心 刀片的前 角和 刃倾角 为 负值 增强 内刃的强度 应缩短 中心刀 片与其它刀 片的轴 向距 离 以便 加强切 削的稳定性 减轻 中心 刀片的切削负荷 2 中间刀片 的切 削速度高于 中心刀片而低于外 刀片 切 削条件 较 中心 刀片要好 但 由于刀 片突 出刀 体 较多 刃体 的左右两 侧又磨有侧 后角 刀 片强度较 低 容易崩刃 3 外刀片 的切 削速度和扭 矩都是最大 的 它是 加工孔壁质量好 坏 的关键 刀片 为保护 外刀 片 必须 让 径 向合 力压 向导 向块 使 之 紧贴孔 壁 稳 定 钻削 加强导 向作 用 反之 若径 向合 力压 向外刀 片 不仅 容 易打刀 而且 容易将 孔钻偏 为加 强导 向 外刀片 和导 向块可磨 出很小倒锥 或不磨倒锥 为保证外 齿的 强 度 外刀片的副切削 刃应磨 有棱 带 从 深孔钻 削的特点和 钻头 的切 削状 态来看 深孔 钻 削难度 高 工作量 大 被 加 工孔 的质量 不 易控 制 在钻 削过程 中容易出现孔轴线偏斜 的情 况 二 深孔钻削日 j L 轴线偏斜产生的原因 先 简要介绍一 下我 们 的深 7 L n 工设 备 我们加 工 主 轴深 孔 的设 备 是德 州 机 床有 限 公 司生产 的 T 2 1 2 0 型深孔 钻镗床 它主要用于钻 镗削通 孔 也 可 以进 行光整 滚压加工 在 排屑方式 上 钻削 时采用 内排 屑 方式 镗 削时采用前 排屑方式 机床 的主要技术规格 为 钻孔直径 范围 4 0一 I 8 0 镗孔最大直 径 I 2 0 0 最大加工深度 1 0 0 0 2 O 0 O m m 主轴转速 范围 6 1 1 O 0 0 r m i n 进给速度范 围 5 1 O 0 0 mm mi n 工件的装夹方式 为 钻削时 工件的前端采用三爪卡盘装夹 工件的 I l 径向切 削力通过导 向块压 向孔壁 深 孔钻头在 刚开 始 切 削 时并且 导向块未进入 工件孔之 前 刀具 的径 向平 衡完全依靠 导向套 而导 向孔偏心或 间隙过大 势 必 在 一开始切 削是就 造成刀具倾 斜 如 图 2所示 虽 然 这种 偏斜值 可能非常小 但 会随着 刀具在 轴线方 向上 的进 给而有规律地延伸 I刳 导 问癸 I 4 L 轴 线 偏 斜 的 影 响 2 工件端面倾斜对孔轴线偏斜的影响 在 深孔钻 削中 倾斜的工件端 面对孔 加工的精度 特别是 对孔轴线偏 斜的影响较 大 其原 因是在 入钻时 钻头切 削倾斜 的工 件端面导致切 削条件不稳定 在加 工如 图 3所 示 的工件 时 在取 定钻头 的外刃余偏 角 13 后 随着倾斜 角 e的不 同 入 钻时的切 削面积也 相应 改变 当倾斜 角 e小于钻头外刃余偏 角 13 时 钻心 最先 接触工件 见 图 4 a 当倾斜 角 e等于钻头外刃余偏 角 B时 钻头的外 刃几乎 同时切 削工 件 见图 4 b 当倾斜 角 e大于 钻头外刃余偏 角 D时 则只有外 刃的外部与工件接触 见图 4 c 口 钻 时外 刃切削是断续 的 切削面积是不断变化 的 当 e 0时 分于钻尖两侧 外刃和 内刃上所承受 的径 向 力 轴 向力的设计平 衡被破坏 加剧 偏心切 削 和 轴 向力 F作用在钻头头部 的偏转力矩 造成入钻 时刀 具的倾斜 3 钻杆的刚度及钻杆支承的位置对孔轴线偏 斜的影响 在轴 向力 F的作用下 钻杆 将发生弯 曲 造成人 钻倾斜 角 该倾斜 角值 的大小取决于钻杆的刚度和钻 杆支承的位置 4 刀具的几何参数对钻孔轴线偏斜的影响 在刀具 的几何参数 中 对 钻孔轴线偏斜影响最大 的是导 向块 与副切削刃的位置角 钻头 的偏心量 内 外角以及各错齿切削负荷承担量 的大小等 一般要求 切削刃 的合 力必须压 向导 向块 保 证钻头的稳定 度 但是 当径 向合力压向外刀片的副切削刃这一边时 会 使 副切削刃切人 工件 造 成刀具 中心偏 离回转 中心 随着加工深度的加大 这种侧压力愈来愈大 偏斜也 随之加大 5 深孔钻头自身导向 块分布和形状质量的影响 由于深孔 的长 径 比大 钻杆 细而长 刚性较 低 易产 生振动 并使钻孔偏斜 因此导 向块形状和质 量 好坏 的影响也不容忽视 对我们 的 5 2深孔钻头而言 它是 以两个导向块和一个副切 削刃的结构确定其径 向 尺寸 这样刀具可以在工件孔内三点定圆 自行导向 导 向块的分布原则是要 求径 向合力作用在两导 向块之 间 作用在各个导 向块上单位面积的压 力应最小 并 且最好两块导 向块 的压力相等 以保证稳定切削和导 向块的磨损均匀 如果导向块 磨损不均匀 甚至在钻 削过程 中损坏 都会对孔轴线产 生影 响 另外 导向 块 不能太短 太短的导向块起不到导向的作用 6 其它影响因素 深孔钻削时影响孔轴线偏移的因素除上述 主要 因 素外 还有许多随机性的影响因素 如 工件材料的硬度不均匀 有硬质点等 锻造和热处理后的不均 匀残余应力等 5 6 第0 1 期数控机床市场 冷 却润滑压 力的脉动 进给量不均匀等使切 削厚 度发生变化 断屑 排屑情况的变化 切屑 的短时问堵塞 机床振动和外部振动的干扰等 这些 随机 因素是通过切削力的波动而造成加工孔 轴线 的偏斜 虽然它们单独 偶尔出现 的影响极小 但 当多因素大量 出现时 却具有不可忽视的影响 三 控 制深 孔钻 削孔轴 线偏斜量的 办法 如前所述 钻 削过程 中影响孔轴线偏斜 的因素很 多 刚开始钻 削时由于导 向套误差 钻头 受力不均而 产生孔轴线径 向偏移 随着钻孔深度 的增加 在切削 力的作用下 由于钻杆刚度不足 钻头导 向的受力分 布及质量好坏等诸多 因素的影响 造成孔轴线偏斜的 加剧 因此 需要采取有效 的措施来减小或抑制深孑 L 钻削过程中孔轴线的偏斜 1 选择最佳的切削方式 在实际加 工中 工件旋转的加工方式 无论从钻 削的稳定性还是孔轴线的偏斜情况都要 比刀具旋转的 加工方式要好 所 以应选择工件旋转 刀具进给的加 工方式 2 合理选择刀具几何参数 在选择导向块位置角时 首先要考虑钻头的稳定 度 保证 钻头稳定 度大于 1 在选 择刀具几 何 角度 和 各个刀片的切除量 时 首 先要考虑径 向切削力的平衡 性 径向合 力要指 向导 向块 尽量减少切 削力对钻头 头部 的力矩 减少刀具入钻倾斜 角 3 提高被加工件的几何质量和物理质量 几何质 量主要是 指被加 工工件表面 的几何 尺寸 要 求工件毛坯外圆和端面要粗车 并保证端面和外圆 轴线垂直 这样可 以减小工件离心 力 保证人钻时钻 头与工件端面的垂直 物理质量主要是指被加工工件 材料 的质量 在深孔钻 削前 应先进行调质 或时效处 理 减小工件 因硬度不匀和残余应力对钻孔轴线偏斜 的影响 4 提高导 向精度 导 向精 度取 决于授 油器 中心 与机 床 回转 中心 的同 轴度及导 向套 内外面 的同轴度和导 向孔与钻 头的配合 精度 导 向套材料最好 选用高强 度合金 刚 淬火硬度 在 HR C5 5以上 增强耐 磨性 提高 导 向套导 向精度 的保持能力 5 提高钻杆刚度 钻杆 的刚度对孔轴线偏 斜量 的影 响至关重 要 如 何 提 高 钻杆 刚度 是 改 善深 孔 钻 削过 程 中孔 轴 线偏 斜 量 的一个 重 要 因素 为提 高 深孔 钻 削 的 刚度 除 在 头部 设有 导 向套 外 在钻 杆 中部 可 附加 安 装 1 2个 中 间支 撑架 支撑架 可沿 导轨 滑 动 直 至 钻 孔工 序 完成 试 验证 明 应 用 中 间支 撑 架可 使 钻 孔偏 斜 量 减 小 如 图 5所 示 为对 4 5孝钢 主 轴 钻 孔 其 钻 孔 直 径 d 5 2 mm 切 削 转 速 n 2 4 0 r mi n 进 给 量 f O 2 0 mm r 带 中间支撑架和 不带 中间支撑 架 时的孔 轴 线偏 斜 量 的 比较 曲线 由该 曲线 可 知 不用 中间 支撑 架 时 钻 孔深 度 4 0 0 mm 处 孔 轴线 偏 斜 量 可达 O 5 mm 而采 用 中 间支 撑架 时 在 同样条 件 下孔 轴 线偏斜量仅 为 0 2 m m 由此可知 用 中间支撑 架对改 善深孔 钻削孔轴线 偏斜量有一定 的作 用 O O 4 l1 舢 J I u J 立 撑 附 土 颦 0 一 1 0 0 2 3OO 40 0 r L 渊 瞳r m 图 5 中间支撑架X HL 轴线偏斜量的影 响 6 诜 用合 活 的 成振 方 式 可 以提 高 刀具 耐 占 杆 外 斗 揩 用度 减 少钻 振 效 果 较 好 圆之 间的环 形 可以减振 吸振 lL 个h 也if L I 邀 稿 函 我 们 深信 当今 的企 业 领导 人 最 关 注的 是 市场 因此 作 为 在 机床 行 业 里唯 一 一 本 以市 场 为主 题 的杂 志 数控 机 床 市场 将 为企 业领 导人提 供 以下 方 面的资讯 与服 务 一 中国机床市场的变化 市场 总是 充满 变化 因此 我 们 急 切地 想 了解 它 会 在哪 里 产生 变化 会 在什 么时候 发生 变化 机 床行 业是 国民经 济的 基础行 业 这 一方 面说 明 了机 床行 业 的重要 性 但 同时也说 明 了机 床企业 必须具有极 强的预见和应变能力 因此 我们对每一刻的变化都充 满 了警 觉 比 方说 国家 出 台 了某项 政 策 会给 我们 机床 行 业带 来 什 么影响 某个 行业 的生存 状态 又会 给我 们的机 床 企业带 来何种 变 化 某个地 区的 区域 经济特 点 又会是 怎样地 带 动我 们的机床 企业 等 等 这一 切 的 变化 相信 行业 内外的 专 家们和 企业 界 的朋友 们有 着 幂刻 的感 受和 研 究 让我 们一起 来分享吧 二 机床企业如何适应这个变化的市场 在 不 断 变化 的市 场 面前 我 们 的 企业 尤其 是一 大批 具 有老 国 企特 征 的机 床 企业 又 该 如何 不断 地 改 变我 们 的体 制 改 变我 们 的运 行机制 改 变我们的市场 营销模式和方式方法 在这 方面 本 杂 志 愿 意 为朋 友 们提 供 一 个探 讨 的 空 间 一 个 互 相 借 鉴的 窗 口 一 个 充满 学 习精 神 的 企业沙 龙 三 机床产品研发与技术的发展如何紧跟并引领市场 机 床 行 业 的产 品 和 技 术 毫 无 疑 问是 要 紧跟 用 户 行 业 的 发 展 也只有这样 其新产品和新技术才有真正 的市场价值 因此 我们非常欢迎以市场应 用为基础的有关新产品 与新技 术的文章 同 时 还 请 原 谅 我 们将 不 太 欢 迎 以评 职 称 为主要 目的论 文 虽 然我 们 是 国 家级 的 刊物 可 以对 您 的职 称评 定很 有 帮助 但 是 我 们 是 为机床 企 业的 市场服 务的 这 才是我 们 的主要 任 务 四 向市场推介高质量的产品 因为我们 的读者 很 大一部 分是在汽车制造 航 空航天 军 工 工程机械 等领 域 中 同时还有一批 读者是 机床经销 商 因 此 作 为连接 制造与应 用的一座 桥 梁 我们将向读者推荐机 床 行 业 里 一 些优 秀 的产 品 同时 我 们 还 将 收 集 机床 用户 们 的 意 见向制 造厂 商 反馈 以便 使机床 企业更 好地 做