SIED深孔加工装备.ppt

第六章SIED深孔加工装备 深孔加工装备是机械制造装备中重要的组成部分 主要指两个专业化的装备制造业深孔机床 深孔刀具 和专门加工深孔零件的制造行业 SIED深孔加工装备包括 SIED深孔刀具 SIED深孔机床 SIED装备配件 如辅具 刀杆 刀具导向件等 主要内容 SIED刀具的类型和规格SIED实体钻的结构和规格SIED铰刀及镗头工作原理和规格SIED深孔加工机床SIED装备辅具及配件重点内容 SIED实体钻的结构和规格SIED深孔加工机床 第一节SIED刀具的类型和规格 1 类分为4类 实体钻 扩孔钻 套料钻和精加工刀具 2 型每类刀具按其基本结构特征 进一步划分为若干个 型 实体钻类分为三个型 单出屑口焊接刀杆型 单出屑口螺纹连接刀杆型 双出屑口螺纹连接刀杆型 SIED刀具主流结构为单出屑口形式 对直径较大的实体钻 扩钻 当切深ap 12mm时 采用双出屑口结构 使设计和工艺上更方便 这些刀具不设断屑台 具有可重磨性 因此属于SIED刀具而不属于BTA刀具 3 亚型亚型是标志刀具制造工艺方面的特征 焊杆型实体钻分为三个 亚型 整体式 切削刃和导条为一块整体材料 焊接刀片式 简称焊片式 机夹 刀片 式 4 规格刀具直径 刀杆长 刀具切削刃和导条的材料 刀具直径每差0 1mm为一个规格 刀杆长每差100mm为一个规格 第二节SIED实体钻规格及结构 为适应不同尺寸规格 不同材质的加工需要 同时达到工艺合理 降低刀具制造成本和缩短交货周期的目的 现已开发出8种亚型 见下表 带方牙螺纹的刀杆 单列为配件类产品 由用户单独订货 焊接式刀杆与刀具为同一产品 类别型别亚型直径尺寸范围整体烧结钻头 16mm焊接刀杆T形切削刃12 20mm焊片式切削刃12 25mm实体钻螺纹连接刀杆整体烧结头部11 16mm焊片式切削刃部15 65mmT形切削刃部11 20mm双出屑口及螺焊片切削刃40 65mm纹连接刀杆机夹及机夹可转位65 180mm 1 整体烧结焊杆式SIED钻适用于钻头直径过小 不宜采用螺纹连接方式的实体钻 也适用于钻头直径较大 进给量 切削速度较大 对钻具扭转刚度有更高要求的实体钻 如果用于一般进给量 这种钻头允许采用更高的切削速度并加工出精密深孔 很适合取代枪钻加工精密浅孔 见下图 2 切削刃为T形的焊杆式钻头 结构和工艺性优越的小直径SIED实体钻 它的优点是 1 切削刃和导条为一块T形整体材料 既可采用整体烧结预制刀坯 也可作成单出屑口内排屑 当钻头直径大于 20mm时经济上不合算 2 不必制造刀体 只在钻杆上用线切割方法或数控铣床切出与刀片匹配的T形槽 刀片插入 经焊接或粘接后 以钻杆为定位基准完成刃磨工序 3 刀片可采用涂层硬质合金或金属陶瓷材料 用粘接方法制造 使超硬工具材料的应用扩大到小直径深孔钻 降低刀具制造成本 见下图 图3 3 2T形切削刃焊杆式SIED钻头 3 焊接刀片式焊杆SIED钻适用范围更大 当钻头直径较大 不适于采用T形刀片时 可采用本亚型 见下图 4 钻头直径超过 11mm时 可采用方牙螺纹连接式 特点 整体烧结头部与带有方牙螺纹的钻头体对焊 适用于 11 16mm的钻头 省去喉部排屑口型面的加工 工艺简化 降低成本 图3 3 3焊接刀片式焊杆SIED钻 图3 3 4头部采用整体烧结的螺接式SIED钻 5 当钻头直径大于 35mm时 采用错齿结构 三齿形错齿结构为大直径SIED焊片实体钻使用 设计方法与焊片式错齿BTA钻接近 但尺寸参数匹配比BTA钻更加合理 无断屑台 可多次重磨 见下图 直径大于 65mm的内排屑钻 采用错齿机夹可转位刀片式结构更加合理 第三节SIED铰刀及镗头工作原理 1SIED铰刀和镗头的优点单边切削刃加两块导向条的单刃自导向铰刀和镗头 统一采用内排屑方式 用SIED抽屑器保证排屑顺畅 其优点是 1 加工孔径范围大 长径比大 铰 镗深孔的切屑量比实体钻孔少 而且无内刃参与切削 因而不受切屑形态的限制 即使是针卷状切削 缠绕型切屑和碎快切屑 都可以顺畅地排出 2 同直径的铰刀 镗头因切削余量小于钻头 切削力和转矩也小 可采用更大的切削深度 速度和较大进给量 加工精度 表面粗糙度更为理想 要避免过小的切削深度 如一般单刃铰刀要求单边切深不超过0 1mm SIED铰刀则要求在0 2 0 5mm 孔径大于 10mm 以上 20mm以上的铰刀 镗头 正常切深1mm以上 100以上的镗头 切深可达3mm以上 3 适合选用超硬刀片材料 在高速下加工调质钢材 高强度钢和高韧性钢 2SIED铰刀和镗头的工作原理SIED铰刀和镗头在功能 排屑方式 导向原理 基本结构等方面完全一致 因此工作原理也相同 一 SIED镗头能加工出精密深孔当只有一个切削刃时 附加两块与刀体构成一个刚性体的导向条 工作条件与内圆车刀产生了以下质的区别 3 3 6SIED镗头的受力分析 1 内圆车刀为悬臂刀具 切削时因受径向切削力变动的影响 发生径向弹性变形 产生 让刀 现象 孔径尺寸误差 圆度误差和壁厚差等 都会复映在加工后的孔上 增加加工次数 孔的误差逐次减小 SIED镗头进给方向取决于刀具导向套和自导向 镗头与导向套之间严格配合 不论底孔加工余量大小 是否均匀 仍按照导向套的约束推进 2 SIED焊杆铰刀的刀杆扭转刚度比枪钻大2倍 SIED镗头刀杆刚度比BTA刀杆大 其抗振能力高于其他深孔刀具 能获得理想的加工表面质量 a二导向条与定径刃构成稳定的导向 防振结构 必要时 还可以加设防振垫条 b定径刃起到对孔壁修光作用 二导向条则产生对孔壁的挤光作用 c切削油从镗杆与已加工孔壁之间通过 对刀杆起到抗振作用 dSIED铰刀和镗头只有一片切削刃 便于针对不同材质选用最佳刀片材料和切削刃几何参数 e不存在切屑擦伤已加工孔壁和切屑缠绕而损伤切削刃问题 二 SIED镗头和铰刀的切削用量1 实体钻和SIED镗 铰刀区别实体钻的切削刃分外刃和内刃 其切削深度等于钻头半径 其径向切削分力为内 外刃径向切削分力之差 SIED镗 铰刀仅有一片外刃 其径向切削分力只有一个 全部压向第二导条 当外刃偏角固定值时 切深越大 第二导条对孔壁挤压力也越大 但第一导条的挤压力小于同直径实体钻第一导条的挤压力 即第二导条的挤压力增大 而第一导条的挤压作用力降低 这有利于加工稳定性 提高加工精度 二导条磨损趋于一致 2 切削深度选择可大可小 但过小反会产生下列弊端 1 径向和垂直切削分力太小 二导条挤光作用不明显 或造成孔壁擦伤 加快定径刃的磨损 2 无法发挥对底孔各项误差进行修正的作用 应根据所加工孔径大小 工件材质 刀片材质等因素综合考虑 如对调质钢 20mm以下孔 建议Ap取值为孔径的10 20 但不小于0 1mm 20mm以上取Ap 0 03 0 05 D 非淬硬钢Ap的最大取值可达D 6 2 进给量进给量是影响切削力和加工质量的重要因素 由于导向条和定径刃 进给量可比实体钻成倍增加 当孔径和材质相同时 可取实体钻的2 3倍 但对于硬钢和难加工材料 进给量不宜过大 而且必须合理选择切削刃材料 3 切削速度主要视工件材质及所用刀片而定 由于SIED铰刀 镗头一般不设断屑台 在钢件加工中所产生的切屑经常是连续螺旋形 如果采取的切深较大 也有出现排屑不畅的问题 试加工是找到最佳切深 进给量和切速的有效办法 三 SIED铰刀和镗头的种类从工艺和实用上考虑 将SIED铰刀 镗头的界线定为 30mm 30以下为铰刀 大于 30为镗头 SIED铰刀基本上套用相应规格实体钻的结构 共分为2个型 6个亚型 即 焊接刀杆型SIED铰刀 包括3个亚型 1 整体烧结头部 用于 16mm以下 2 T形切削刀块 用于 12 20mm 3 焊片式切削刃 用于 12 25mm 螺纹刀柄式SIED铰刀 包括3个亚型 1 整体烧结头部 用于 11 16mm 2 T形切削刃部 用于 11 20mm 3 焊片式切削部 用于 15 30mm 同样 SIED镗头共2个型 包括4个亚型 单出屑口螺纹钻柄型1 焊接刀片切削刃 用于 30 65mm 2 机夹刀片型 用于 30 200mm 双出屑口螺纹钻柄型1 焊接刀片型 用于 40 65mm 2 机夹可转位型 用于 65 180mm 第四节SIED深孔加工机床 1 SIED技术对深孔机床产生的重大变革 一 填补了内 外排屑刀具在加工直径范围上的空白 钻孔 扩钻 铰刀 镗头 的加工直径范围大 使深孔加工不在需要同时拥有内 外排屑两类机床 二 同时实现实体钻 扩钻 套料和深孔精加工 而尺寸范围与SIED钻保持一致扩大了深孔机床的用途 促进了技术升级和新型深孔类装备的开发和应用 三 SIED技术适用于三种深孔加工方式 SIED钻刚度比枪钻高1 75倍 各向刚度一致 用于工件固定方式加工时 工效 精度及孔表面质量均优于枪钻 以上三项突破 使得SIED多功能模块式深孔机床的开发成为迫切任务 2SIED深孔机床品类规划目前已开发三种类型 工件旋转 刀具进给的双主轴数控卧式机床 工件固定 刀具旋转进给的组合深孔钻床 小型多功能模块式组合深孔钻床 1 机床名称和型号代码根据国标 有 深孔钻床 和 深孔钻镗床 两种 前一种属于钻床类 代码 Z 第2位数字代码 8 表示第8型 以 最大钻孔直径 mm 为型号标识 后一种属于 镗床 T 类 SIED深孔机床既不是钻床 也不是钻镗床 而是与浅孔加工机床有实质性区别的特种机床门类 需单独规定 类别字符代码 型号标识 兼顾 可加工孔径范围 mm 最大加工深度 分米 和机床的加工方式 2 SIED机床型号 规格的制定原则 1 应具备下列功能 主轴无级变速 进给无级调速 适用全部三种加工方式 兼有钻孔 扩钻 铰孔或 和 镗孔功能 最终要靠市场来认可和确定 2 按孔径范围划分为3 4个尺寸规格 以利于标准化生产 5mm以下微小深孔加工机床 单列为一个尺寸规格 其主轴转6000 10000r min 3 其他功能专一 用途特殊的设备 如单一品种工件大量生产 集群小孔加工 特大型件深孔加工 列为特殊订货 单项设计开发 3 SIED深孔机床结构如下图 按模块化方式设计 固定工作台2位于机床左侧床身上 其上装有主轴模块3 可沿精密T形槽左右移动 以适应回转体工件加工深度的不同 1 加工方式为固定工件时 快速卸开活动主轴的夹紧螺母 拆除活动主轴 装上工件夹具 选用配套的抽屑器动力头6 2 加工方式为工件旋转 刀具进给时 用旋转功能的抽屑器 刀座5 6两种 可快速更换 3 3 4 5 6共4套辅具 保证采取任意一种加工方式 以应对各种深孔零件的加工 4 固定工件过长 过宽 过重时 可用尺寸与之相适应的分离式工作台 安装在机床左方 图3 3 10模块式多功能SIED深孔机床示意 5 输油器4的中央组件也是模块式结构 可根据用户的需求提供不同用途 不同尺寸规格的组件 不需要更换箱体 4SIED深孔机床的性能价格比一 机床的主要技术参数1 可加工孔径范围 4 60mm 2 可采用的加工方式3种 3 可采用的加工方法 1 实体钻 4 60mm 2 扩钻 4 100mm 3 深孔套料 40mm 4 铰孔 5 30mm 5 镗孔 30 120mm 4 可加工深度 1 回转体工件 外圆 85 200mm 1850mm 2 同上 外圆 85mm 2350mm用分离式工作台 5000mm 3 工件固定方式的加工2660mm加分离式工作台4000mm 5 主运动功率5 5Kw 7 5Kw 5 5 7 5 Kw三种组合 6 主轴转速2900r min以下 无级调速 2900 2 5800r min以下 无级调速 7 工作进给速度0 003 150mm min 无级 8 机床轮廓尺寸 不包括分离式工作台 6000mm 500mm 1500mm9 机床全重 不包括分离式工作台 约8吨 二 功能对比1 由以上主参数可见 本型SIED机床兼备并超出了以下三台不同深孔钻床的功能 1 16mm 最大钻孔深度1500 枪钻机床 2 T21型钻镗床 最大钻孔直径 60mm 最大加工深度2000mm 3 一台工件固定式 20mm枪钻机床 2 超常功能 1 在额定钻孔范围内 可采用扩钻 铰 镗 套料等各种深孔加工方法 2 如加设一个分离式工作台 可使最大加工深度再延长1000mm以上 第五节SIED装备辅具及其配件 除了刀具和机床两外 SIED装备还包括 SIED辅具和SIED配件 1 SIED辅具包括以下三类部件 1 SIED抽屑器 2 SIED输油器 3 用于SIED深孔钻床使用的活动式主轴 这三类部件可作为独立产品向厂家提供 以满足两种需要 1 改造现用深孔加工设备或闲置机床为SIED深孔加工设备 2 为已有SIED机床用户提供部件更新服务 2 SIED配件主要有两类 1 螺纹连接式的钻 镗刀杆规格繁多 工艺难度大 2 刀具导向套技术要求高 尺寸规格繁多 是易损件 需求量大 第六节SIED技术的配套研究和发展 先进科技成果的第一任务是为社会提供巨大的生产力 SIED技术填补了我国装备制造技术的一个空白 为世界深孔加工装备制造业提供了多功能 高性能 高加工质量 高功效 低成本的装备产品 一 与SIED技术实施相关的技术开发有 1 深孔加工过程的在线监测与控制 主要包括 1 对实体钻孔过程中 切削扭矩 进给力或切削功率进行适时监测及自动显示 实现自动调节 2 对深孔刀具磨损状况的快速检测及自动监测 3 对抽屑器及排屑状况实时监测及故障处置 2 深孔质量检测设备的开发如枪炮管制造中 孔径尺寸 直线度 壁厚差 炮口偏转角 内膛表面光洁度 表面缺陷及裂缝等检测技术 另一方面 迫切需要对多品种 小批量 低成本 快捷等特点的生产 开发出具有更大柔性的各类深孔检测设备 特别是微小深孔和超深孔的技术检测设备 二 与SIED技术相关的新产品开发1 以深孔零件为关键件的