陳娜， 盧威（張家界航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南張家界427000）

0 引言

深孔加工一直是機(jī)械加工的一個(gè)棘手問題，極易造成打刀，而且刀頭合金斷在中部，導(dǎo)致零件報(bào)廢，給工廠造成了極大的浪費(fèi)。深孔鉆床加工能力較低，工序經(jīng)常造成在制品積壓，影響后工序加工，使整個(gè)流水線生產(chǎn)節(jié)拍不能滿足后工序的要求，并且由于內(nèi)孔加工內(nèi)表面質(zhì)量不高，容易給超聲波工序造成誤判，影響整批零件的加工流程，大大降低工作效率，是現(xiàn)場(chǎng)加工中影響產(chǎn)品質(zhì)量、交付周期和合格率的難點(diǎn)之一。

找到影響深孔加工質(zhì)量、效率的主要因素，提高設(shè)備能力，找到提高刀具耐用的方法和影響設(shè)備能力的主要因素成為解決深孔加工問題的主要方向。

1 影響深孔加工能力的主要因素

深孔加工的關(guān)鍵技術(shù)是刀具、冷卻排屑和導(dǎo)向問題，解決好上述關(guān)鍵技術(shù)問題，設(shè)備加工能力自然得到提高。

1.1 刀具問題

通過試驗(yàn)觀察，刀具問題主要集中在刀片磨損、鉆頭損壞兩方面。

在加工中刀口變鈍但未及時(shí)修磨易造成刀片磨損，另一種情況是由于切削冷卻油冷卻不良所導(dǎo)致，在加工過程中應(yīng)經(jīng)常檢查刀具刃口是否鋒利，并及時(shí)修磨切削刃。

在鉆孔過程中，如果進(jìn)給過快，或者采用手動(dòng)進(jìn)給并且進(jìn)給不均勻，都容易導(dǎo)致鉆頭損壞。及時(shí)調(diào)整進(jìn)給速度，選取最佳進(jìn)刀量，并盡可能采用自動(dòng)進(jìn)給，就可避免這種情況的發(fā)生。

1.2 排屑問題

主要表現(xiàn)在不斷屑、切屑太大等幾個(gè)方面。

1）不斷屑。原因主要分為：（a）切削冷卻油被鐵屑細(xì)末所污染，應(yīng)定期檢修或者更換過濾器，定期更換切削冷卻油；（b）在鉆孔過程中切削刃口崩缺可能導(dǎo)致不斷屑，應(yīng)及時(shí)修磨切削刃；（c）機(jī)床轉(zhuǎn)速過高，切削刃點(diǎn)線速度過高，會(huì)導(dǎo)致切屑不斷。

2）切屑太大。在鉆孔過程中，切削槽過大或者過淺，槽R半徑太大等原因容易導(dǎo)致鐵屑太大，不能被沖出，堵塞鉆頭的現(xiàn)象產(chǎn)生，因此調(diào)整減小槽R半徑，選擇合理

斷屑槽，可避免這種情況的發(fā)生。

3）切屑形狀異常。在深孔加工過程中，切屑形狀產(chǎn)生原因主要有：（a）零件材料硬度不均勻，可預(yù)先進(jìn)行處理；（b）進(jìn)給機(jī)構(gòu)存在故障，進(jìn)給不均勻?qū)е?，?yīng)及時(shí)檢查進(jìn)給機(jī)構(gòu)的受損情況。

1.3 導(dǎo)向問題

主要表現(xiàn)為表面粗糙度值高、內(nèi)表面有振刀痕跡，零件內(nèi)孔呈現(xiàn)喇叭孔，導(dǎo)致壁厚不均勻。

1）表面粗糙度值高。原因主要有：（a）鉆桿中心沒有對(duì)準(zhǔn)零件回轉(zhuǎn)孔中心，應(yīng)及時(shí)檢查調(diào)整機(jī)床，使零件中心與鉆頭中心一致；（b）在鉆孔過程中斷屑槽偏離中心線，應(yīng)及時(shí)修磨斷屑槽。

2）內(nèi)表面有振刀痕跡。在鉆孔過程中，工件彎曲較大或鉆桿中心沒有對(duì)中，應(yīng)及時(shí)檢查調(diào)整機(jī)床和檢查零件彎曲程度，可避免這種情況的發(fā)生。

3）零件內(nèi)孔呈現(xiàn)喇叭孔導(dǎo)致壁厚不均勻。在深孔加工過程中，呈現(xiàn)喇叭孔形狀的產(chǎn)生原因主要有：引導(dǎo)孔過大或調(diào)整鉆桿中心沒有對(duì)中導(dǎo)致，應(yīng)檢查引導(dǎo)孔尺寸及鉆桿跳動(dòng)是否過大等情況。

2 解決措施

通過上述的深孔加工過程分析，經(jīng)過仔細(xì)研究和多方實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備能力的提高和鉆頭壽命的延長(zhǎng)要考慮多方面因素的影響，包括機(jī)床調(diào)整、零件狀態(tài)、排屑情況、冷卻油潔凈度等多方面因素。

2.1 設(shè)計(jì)新刀具

針對(duì)鉆頭過度磨損、壽命較短的情況，綜合冷卻、排屑等因素，為了增加排屑量，調(diào)整鐵屑大小，新設(shè)計(jì)了兩刃切削和三刃切削兩類實(shí)驗(yàn)鉆頭，同時(shí)縮短了合金引導(dǎo)條，擴(kuò)大了刀具內(nèi)孔，增大了液壓流量，調(diào)整減小槽R半徑，選擇合理斷屑槽，調(diào)整了連接部位多線方牙螺紋頭數(shù)和深淺，同時(shí)減小鉆頭長(zhǎng)度，便于調(diào)整。

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，三刃切削刀具由于縮短了刀體長(zhǎng)度，擴(kuò)大了排屑內(nèi)孔直徑，經(jīng)過試加工發(fā)現(xiàn)，刀體剛度較弱，實(shí)際使用效果不理想，刀體易變形，切削刃易崩刃。

兩刃切削刀具縮短了合金引導(dǎo)條，調(diào)整減小槽R半徑，調(diào)整了連接部位多線方牙螺紋頭數(shù)和深淺，鐵屑排除較順利，并且大小均勻，首批試制效果良好。

2.2 調(diào)整封油機(jī)構(gòu)

針對(duì)解決內(nèi)排屑雙刃錯(cuò)齒深孔加工中冷卻排屑出現(xiàn)的問題，認(rèn)為改變封油方式，由原來的端面封油方式，調(diào)整為端面加倒角封油方式，自制錐度封油盤加裝在封油器上，冷卻壓力由原來的最大1.75 MPa，上升為2.5 MPa，油壓調(diào)整范圍增大，冷卻油流量可進(jìn)行調(diào)整（分為100 L/min、200 L/min、300、400 L/min等 4檔），有利于排屑和鉆頭冷卻。一般來說，加工大孔時(shí)用大流量，加工小孔時(shí)適宜用小流量進(jìn)行冷卻。

2.3 確定加工參數(shù)

解決了工裝刀具、冷卻問題，在加工過程中機(jī)床調(diào)整、切削參數(shù)的選擇也十分重要，由于是比較典型的一種細(xì)長(zhǎng)軸類零件，除了要保證加工零件兩次鉆孔直徑尺寸要求，還應(yīng)保證壁厚差技術(shù)要求，因此在實(shí)際鉆孔加工中，還應(yīng)確定好加工參數(shù)和設(shè)備調(diào)整參數(shù)。

1）機(jī)床液壓系統(tǒng)的調(diào)整。液壓系統(tǒng)分為零件夾緊系統(tǒng)和零件頂緊系統(tǒng)的調(diào)整，對(duì)于具體工作情況，夾緊壓力P1按照以下公式計(jì)算： P1＝F·q， （1）

式中：Fa為對(duì)工件的頂緊力，N；F1為冷卻液壓力所產(chǎn)生的力，N；q 為受油器的機(jī)構(gòu)系數(shù)，該機(jī)床取 8.6×10-5，1/mm2。

在加工零件時(shí)，液壓系統(tǒng)夾緊工作壓力P1調(diào)整為5.85 MPa時(shí)，代入式（1），可以在零件上加軸向夾緊壓力為6 802.3 kN。啟動(dòng)油泵，調(diào)整油泵壓力螺釘，觀察溢流閥壓力表達(dá)到5.85 MPa，零件夾緊力即可達(dá)到要求。

在實(shí)驗(yàn)加工零件時(shí)，采用小端用床頭箱端四爪卡盤夾緊，另一端用錐度盤頂緊工件定位方式進(jìn)行加工，因此對(duì)于具體工件，頂緊壓力P2按照以下公式計(jì)算：

式中：A為頂緊液壓缸的工作面面積，m2，A=0.016 34 m2；當(dāng)床頭箱端四爪卡盤夾緊時(shí)，F(xiàn)a=0.3W。其中：W為零件重量，N；0.3 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

當(dāng)兩端均用錐度盤頂緊時(shí)：

式中：U 為摩擦因數(shù)，U=0.1；M 為切削力矩，N·m；R 為工作外圓半徑，m；α為錐度盤斜角45°。

在加工零件時(shí)，液壓系統(tǒng)工作頂緊壓力調(diào)整為1.2MPa時(shí)，代入式（2），可以在零件上施加的零件軸向夾緊壓力P2為19.6 kN。啟動(dòng)油泵，調(diào)整油泵壓力螺釘，觀察溢流閥頂緊壓力表達(dá)到1.2 MPa，零件頂緊力即可達(dá)到要求。

2）切削參數(shù)的調(diào)整。在零件的加工過程中，我們反復(fù)調(diào)整切削參數(shù)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，記錄刀具的磨損情況、零件的加工情況。當(dāng)轉(zhuǎn)速為219 r/min，進(jìn)刀量為16 mm/min，切屑較長(zhǎng)，刀具磨損較大；當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)速為174 r/min，進(jìn)刀量為20 mm/min時(shí)，鐵屑大小和刀具磨損情況較好。

3 實(shí)驗(yàn)效果

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)初步驗(yàn)證，采用該批刀具取得了較好的效果，零件加工時(shí)間平均為135 min/件，在深孔加工方面，解決了瓶頸問題，深孔鉆床加工能力得到了很大提升，加工內(nèi)軸由原來的1～2根/d提高到3～4根/d，每根內(nèi)軸的刀具平均消耗由原來的2～3把降低到1.4把，以每年300根計(jì)算，節(jié)約刀具費(fèi)用約16.5萬元；總工序消耗時(shí)間由原來的1 715 min縮短到1 250 min。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過對(duì)問題的各方面綜合分析和現(xiàn)場(chǎng)的多次實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)工藝方法的調(diào)整和工藝參數(shù)的優(yōu)化，設(shè)計(jì)新的刀具，最終滿足了生產(chǎn)節(jié)拍要求和技術(shù)要求，收到了良好的效果，為零件的高質(zhì)量交付提供了技術(shù)保證。通過此加工方法的應(yīng)用，又向其它軸類零件深孔加工進(jìn)行了推廣，均取得了良好的效果。

同時(shí)注意到，在深孔加工過程中，必須根據(jù)材料，合理地調(diào)整鉆頭的相關(guān)參數(shù)，在調(diào)整機(jī)床、刀具、工裝的同時(shí)，確認(rèn)機(jī)床各個(gè)部分、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、油溫是否正常。只有當(dāng)信號(hào)儀表都顯示正常時(shí)，方能進(jìn)行加工，在鉆孔過程中，要經(jīng)常檢查斷屑情況，鉆頭是否磨損，工作時(shí)應(yīng)以聽、看、摸等方法進(jìn)行深孔鉆削的跟蹤監(jiān)視。