田春雷 袁 艷 石 奇 祝海珍

(①西安工業(yè)大學(xué)，陜西 西安 710016；②西安瑞石機(jī)械有限公司，陜西 西安 710075)

在機(jī)械制造加工業(yè)中，孔加工約占1/3。通常孔可分為兩類：淺孔與深孔。一般把長(zhǎng)徑比不大于5的孔稱為“淺孔”，而長(zhǎng)徑比大于5的孔則稱為“深孔”[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生活生產(chǎn)的需要，對(duì)于孔類零件的加工，不僅要求高效率加工，還要求較高的孔直線度、公差和表面粗糙度[2]。

1 零件特點(diǎn)

支撐架作為一種放置和發(fā)射導(dǎo)彈的裝置，內(nèi)孔為深孔結(jié)構(gòu)，其加工質(zhì)量決定了裝填效率和使用壽命。如圖1所示，支撐架長(zhǎng)度L=3 000 mm，外形為500 mm×500 mm的方形，內(nèi)孔尺寸為φ330 mm，工件的材料為鋁合金，硬度25～30 HRC。傳統(tǒng)的深孔加工，為保證加工的平穩(wěn)性和加工質(zhì)量，要求一次性完成加工，中途不允許停止。但由于支撐架內(nèi)孔由5條筋板組成，因此在加工過(guò)程中要采用斷續(xù)切削的方式，這種方式存在著加工誤差大、排屑困難、加工質(zhì)量不穩(wěn)定及刀具的使用壽命短等問(wèn)題，因此亟需設(shè)計(jì)出一套適用于深孔斷續(xù)切削的刀具和加工工藝方案。

2 加工難點(diǎn)

在實(shí)際生產(chǎn)中，深孔加工一般會(huì)遇到以下問(wèn)題：

(1)深孔加工過(guò)程處于一種封閉或者半封閉的環(huán)境中，不能直接觀察刀具的切削情況及刀具的磨損情況，只能憑加工時(shí)發(fā)出的聲音、看切屑形狀顏色以及觀察機(jī)床振動(dòng)及溫度等經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷加工情況。

(2)深孔環(huán)境中切削熱量不容易散發(fā)，刀具占切削熱比例較大(常規(guī)80%由切屑帶走)，刀口溫度可達(dá)600 ℃，極大影響刀具耐用性，易過(guò)熱造成燒刀，同時(shí)加工孔也會(huì)發(fā)生熱脹冷縮，影響加工精度。

(3)刀桿深入工件過(guò)長(zhǎng)，且為提高刀桿剛性，刀桿直徑與工件孔徑還要盡可能地接近，所以導(dǎo)致排屑的路徑增長(zhǎng)、容易發(fā)生堵塞，造成崩刀[3-5]。

深孔加工過(guò)程中還會(huì)遇到斷續(xù)切削問(wèn)題。斷續(xù)切削是指在切削過(guò)程中，切削刃間斷地與工件接觸的切削。斷續(xù)切削加工一般具有以下特點(diǎn)：

(1)在加工時(shí)刀具受沖擊力的影響，刀尖極容易受損而影響切削效率和加工質(zhì)量。

(2)切削力過(guò)大時(shí)刀桿極易產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致每次刀具的受力點(diǎn)不同，產(chǎn)生振紋，加工誤差大，表面粗糙度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，影響加工質(zhì)量甚至無(wú)法正常加工，同時(shí)會(huì)對(duì)機(jī)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)造成損傷，降低機(jī)床的加工精度。

(3)極容易出現(xiàn)毛刺，影響加工效率和加工質(zhì)量[6-9]。

基于深孔加工和斷續(xù)切削存在的問(wèn)題，并結(jié)合工件自身特點(diǎn)，因此在支撐架加工中主要存在2個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：

(1)目前深孔加工使用的臥式鉆鏜床，以加工回轉(zhuǎn)體工件為主，所涉及的輔助工具和夾具如中心架、三爪卡盤等也都是為回轉(zhuǎn)體工件加工服務(wù)的。而支撐架的外形為方形與現(xiàn)有的設(shè)備和輔具不匹配不能直接使用，而且支撐架的加工也無(wú)法使用以往的找正方法進(jìn)行找正。

(2)如圖1所示，加工支撐架內(nèi)孔要采用鏜削的加工方法。傳統(tǒng)的深孔鏜刀多為雙刃鏜刀，雙刃鏜刀在切削時(shí)，兩刃產(chǎn)生的切削力相互抵消，保證了刀具平穩(wěn)加工，同時(shí)采用多個(gè)導(dǎo)向塊支撐刀頭，減少了與內(nèi)孔孔壁的摩擦，也有利于冷卻液順利到達(dá)切削區(qū)域，因此這種設(shè)計(jì)在加工普通深孔時(shí)效果很好，但由于支撐架的內(nèi)孔是由5條筋板組成，傳統(tǒng)鏜刀在加工時(shí)，導(dǎo)向條的尺寸過(guò)小，完全失去了扶持刀具穩(wěn)定切削的功能，同時(shí)斷續(xù)切削使鏜刀極易受損，且產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)降低加工質(zhì)量和加工效率，也容易出現(xiàn)毛刺，因此傳統(tǒng)的深孔鏜刀并不適用于支撐架內(nèi)孔的加工。

3 解決措施

為解決上述支撐架加工中遇到的問(wèn)題，提高其加工質(zhì)量和加工效率，結(jié)合現(xiàn)有加工環(huán)境、條件及輔具、夾具的特點(diǎn)，提出以下解決措施：

3.1 設(shè)計(jì)專用夾具

(1)支撐架為方形工件，在夾裝時(shí)需要使用四爪卡盤進(jìn)行裝夾。

(2)由于支撐架的外形為方形，故設(shè)計(jì)了外圓內(nèi)方的夾具，如圖2所示夾具外圓尺寸為φ850 mm、壁厚30 mm，內(nèi)方尺寸為502 mm×502 mm，4個(gè)支撐固定板尺寸為250 mm×150 mm×20 mm，固定板上均勻分布6個(gè)M20的螺紋孔，其余壁厚20 mm。加工時(shí)將支撐架放置于夾具內(nèi)方內(nèi)，再使用螺釘和墊片進(jìn)行固定。又由于支撐架長(zhǎng)度L=3 000 mm，為保證工件在加工中的穩(wěn)定性，需要用中心架對(duì)工件進(jìn)行扶持，同時(shí)考慮到夾具的外圓尺寸大，在加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的線速度，不適合使用直接接觸式中心架，因此采用滾輪架扶持工件如圖2所示。

3.2 改進(jìn)找正方法

方形工件的找正與回轉(zhuǎn)體工件不同，要分別進(jìn)行軸向位置和旋轉(zhuǎn)中心的找正。工件的一端使用四爪卡盤夾緊固定，另一端使用頂尖將工件頂起，調(diào)整滾輪架滾輪的位置與夾具不接觸，使用百分表找正工件的位置。具體分3個(gè)步驟進(jìn)行：第一步，進(jìn)行軸向找正，用百分表表頭輕觸工件的一個(gè)表面并沿軸向來(lái)回移動(dòng)，當(dāng)百分表的讀數(shù)范圍在0.5 mm內(nèi)，表示找正完成。此時(shí)上表面調(diào)整至與主軸線平行，因?yàn)榉叫瘟慵鄬?duì)面互相平行，所以下表面也同時(shí)與主軸線平行，再將四爪卡盤旋轉(zhuǎn)90°，用同樣的方法將工件剩余的兩個(gè)側(cè)面找正與主軸線平行，完成軸向找正。第二步，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)中心的找正，先劃線確定旋轉(zhuǎn)中心的位置(內(nèi)孔加工的位置)，再根據(jù)劃線的部位用劃針進(jìn)行粗找正，慢慢調(diào)整卡爪的位置，使得四爪位置與旋轉(zhuǎn)中心距離相等，完成精確找正。第三步，調(diào)整中心架的滾輪位置，與夾具的外圓完全接觸后鎖死中心架滾輪位置，完成裝夾。

3.3 改進(jìn)深孔鏜刀

(1)對(duì)雙刃鏜刀的兩個(gè)刀刃進(jìn)行調(diào)整。改變兩個(gè)刀刃伸出的距離形成錯(cuò)齒切削，錯(cuò)齒加工不僅穩(wěn)定、刀具磨損小而且加工質(zhì)量高，不容易產(chǎn)生振動(dòng)。

(2)對(duì)導(dǎo)向塊進(jìn)行改進(jìn)。采用導(dǎo)向套代替導(dǎo)向塊支撐刀頭，導(dǎo)向套外徑尺寸要與內(nèi)孔尺寸相等，內(nèi)徑尺寸則要大于刀頭直徑的5%；導(dǎo)向套采用合金鋼熱處理后研磨制成，硬度要求在50～60 HRC，如此高硬度的導(dǎo)向套不僅保證了在加工中不會(huì)磨損，同時(shí)套導(dǎo)向可以和工件內(nèi)壁緊密接觸，保證了加工的穩(wěn)定性。

4 工藝方案

結(jié)合支撐架結(jié)構(gòu)、材料和工藝難點(diǎn)進(jìn)行分析，得出工序表，如表1所示。

表1 加工工藝

(1)生產(chǎn)出的毛坯尺寸不一，先對(duì)毛坯進(jìn)行開(kāi)粗，在鏜孔前先做出引孔，其孔徑為φ328 mm，長(zhǎng)為L(zhǎng)=200 mm，然后進(jìn)行鏜削加工。采用的雙刃鏜刀的刀刃相差1 mm，進(jìn)行錯(cuò)齒加工，將毛坯內(nèi)孔加工到φ328 mm。由于采用導(dǎo)向套支撐刀頭，導(dǎo)向套與工件內(nèi)孔孔壁完全接觸摩擦力大，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，影響加工質(zhì)量，而水冷的冷卻效果大于油冷，所以采用乳化液進(jìn)行冷卻降溫，保證加工質(zhì)量。

(2)開(kāi)粗完成后，對(duì)工件進(jìn)行精加工，采用的雙刃鏜刀的刀刃相差1 mm，進(jìn)行錯(cuò)齒加工，將毛坯內(nèi)孔加工到φ330 mm。同樣采用乳化液進(jìn)行冷卻降溫。

(3)對(duì)加工完成后的工件采用特殊刀具去除毛刺，完成加工。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)支撐架內(nèi)孔的特殊結(jié)構(gòu)，分析了其加工過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)，提出了設(shè)計(jì)專用夾具、改進(jìn)找正方法、改進(jìn)深孔鏜刀3項(xiàng)解決措施，最終確定了合理的加工工藝方案，成功解決了深孔斷續(xù)切削不穩(wěn)定問(wèn)題，既保證了內(nèi)孔的加工精度和表面質(zhì)量，又提高了支撐架裝填效率和使用壽命，更降低了使用風(fēng)險(xiǎn)。