普通车床深孔加工方法

宋诗会

（广东省南方高级技工学校，广东 韶关 512023）

0 引言

利用普通车床加工深孔零件具有一定难度，尤其是长径比>10以上时技术难度更大。加工单件或小批量的深孔工件，通常采用接长的标准麻花钻头，在普通车床上进行钻削。但当经过钻削的深孔要进一步精加工，使深孔达到较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度值时，就必须采取其它工艺措施，来解决深孔加工的各方面技术问题。本文选用浮动镗刀和胎具装夹的方法，成功加工出合格的深孔工件。如图1所示是293地质队委托加工的钻机油缸。材料为冷轧无缝钢管，毛坯尺寸φ60 mm×12 mm×455 mm，数量为 5 件/月。

图1 钻机油缸

由于数量少，从经济效益角度出发，为了节省成本，不可能制造结构复杂且成本高的夹具，只能利用现有的工夹具进行改造，或者制造结构简单、容易制造又能按图纸要求加工出合格零件的工夹具。

1 加工难度分析

从图1可知：

1）孔径 φ38+0.030mm，孔深L=450 mm，车削时的内孔刀杆细而长，刚性差，强度低，容易产生振动和让刀现象，而且也容易产生锥度误差，严重影响到工件被加工面粗糙度及精度。

2）由于孔深，冷却液不易进入，排屑困难，如铁屑排出不顺畅，铁屑就会划伤加工表面，严重影响表面粗糙度，刀具会加剧磨损，降低使用寿命。

3）深孔的进出口处常会出现波纹、喇叭口，车削直线性差，使加工精度降低。

利用普通车床成功地加工深孔，首先是解决深孔车刀和胎具的问题，选用了如图2和图3所示，制造简单、工艺性好的浮动镗刀杆和胎具装夹。

图2 刀杆

2 浮动镗刀杆和胎具的制造

2.1 浮动镗刀杆的制造

镗刀杆用45钢制造，根据被加工孔径的大小，在考虑排屑顺畅的前提下，应尽可能加大刀杆直径，增强刀杆的刚性。刀杆制造工艺工序如下：

1）选择 45钢材料：φ35×755 mm 毛坯。

图3 胎具

2）调质（20～30 HRC）作用：使刀杆获得高的韧性和足够的强度。

3）车平两头端面，保持总长750 mm。

4）用φ8 mm加长麻花钻，从两头分别钻通孔（进冷却液所用）。

8）上铣床铣出缺槽60 mm×3 mm与进水槽长24 mm×2 mm，钻出φ5 mm两进水孔，攻出M5螺纹，如图2所示。

9）用铣床和电花火线切割加工装刀槽。刀槽与刀头的配合30H7/g6和15H7/g6,使刀头在矩形刀槽中可以自由滑动。镗削时借助作用在对称刀刃上的切削力来自动平衡其切削位置，从而获得较高的孔径精度和较小的表面粗糙度值，如图2所示。

12）刀头用硬质合金代号为P01的刀片，镗刀刀头切削刃选用导向角8°～10°，有较长修光刃，使被加工孔得到光滑的表面和较低的粗糙度。刀头前角均采用12°～16°，后角 5°～6°，以减小切削力，断屑槽 2.5～3 mm，使切屑卷曲细小容易排出孔外，如图4所示。

2.2 胎具的制造

胎具是镗削工件的主要夹具，选用材料球墨铸铁QT400-18制造，胎具制造工艺如下：

1）先铸造毛坯。

2）上车床夹住毛坯中间部分加工φ220 mm外圆并车平端面。

图4

5）粗车 φ37.9 mm 内孔,粗车 2.58°的锥孔,留 1.0 mm余量。

9）车外螺纹 M100×2。

10）上铣床铣出 100 mm×100 mm，60 mm×45 mm 的缺口（100 mm×100 mm缺口作用是便于安装导向套，60 mm×45 mm的缺口作用是便于装刀）。

图5 导向套图

图6 弹性夹头

3 导向套

选用45钢加工导向套，导向套尺寸如图5所示。其作用是确定刀具与工件间的相对位置。并起到导入支承作用，使刀头切削过程中更加平稳，导向套外圆与胎具体孔的配合为 φ37.9H7/f6,导向套内孔与刀杆的配合为φ20 H7/f6。

4 弹性夹头

弹性夹头选择球墨铸铁QT400-18加工，弹性夹头如图6所示。按尺寸要求在车床上加工好后，上铣床铣4条5×17 mm槽，其作用是方便装卸工件以及使工件不易夹伤和变形。

5 锁紧螺母

选择球墨铸铁QT400-18加工锁紧螺母，尺寸如图7所示。

图7 锁紧图

图8 浮动镗刀

6 深孔加工的冷却与润滑

冷却润滑液在深孔加工中主要起冷却、润滑、冲洗减振和防锈等作用。它可减少切削区的切屑、刀具、工件间的摩擦，减少热量的产生，同时可以使切削后产生的热量被带走，使切削温度降低。

深孔加工中，冷却润滑液的合理选用对加工质量有直接的影响。冷却液润滑应有较好的流动性，黏度不宜过大，以利于加快流速冲洗积聚在刀杆与孔壁之间的切屑，当脏切削液回流到聚液箱时，碎屑应能很快地沉淀。

加工如图1所示的钻机油缸零件，由于孔深既要充分冷却润滑刀头及加工表面又要使切下的铁屑顺利排出深孔外面，有一定难度。精镗孔时，采用刀杆中心孔注入冷却液的方法（如图2），冷却液选用润滑性能好和流动性好的乳化切削液。水泵选用流量为25 L/min，压力为0.06 MPa。冷却润滑液不受刀杆的影响直达加工表面，使加工表面及刀头得到充分的冷却和润滑，并在水压的作用下使切屑快速地从内孔中顺畅排出，使浮动镗刀在良好环境下切削加工，从而使被加工表面精度和粗糙度值得到有效地保证。

7 实际加工过程

1）车平两端面总长留1 mm，并在孔两端倒角2×30°：用两顶尖装夹粗车外圆留余量单边0.5 mm。

2）夹住一端，另一端用中心架托住，使用常用内孔刀粗车内孔总长度一半225 mm，留余量单边0.5 mm。

3）掉头，粗车另一端余下孔长，内孔单边留0.5 mm的余量。

4）精车两端面并控制工件总长度，两端孔口倒角2×30°。

5）用两顶针装夹精车缸体外圆至尺寸要求。

6）用四爪夹住外圆，找正，用中心架托住精车内孔粗糙度为Ra3.2，留余量0.2 mm（卡盘夹住工件部分用铜皮垫住）。

7）掉头重复第3道装夹工艺精车另一半长度的内孔，粗糙度为Ra3.2，留余量0.2 mm。

8）浮动镗削：a.用四爪夹住胎具并用百分表校正。b.校正刀杆的中心与主轴的同轴度。c.把导向套放进胎具体φ37.9 mm孔里，如图4所示。d.把工件装在弹性夹头里，然后将弹性夹头和工件一起套入胎具锥孔里，拧上锁紧螺母锁紧工件，并用中心架托住。e.把镗刀杆插入工件孔里，并对准导向套内孔。f.在导向套前端面里垫上1块5mm的垫片，用M8的螺栓旋入刀杆内螺纹中，将导向套和刀杆定好位，如图4所示。g.装上精镗刀头（图8所示），分2次进行镗削。第一次切削用量vf=5 m/min，f=0.1 mm/r，ap=0.05 mm。开车并打开水泵开始第一次镗削（镗孔切削方向是从床头到床尾）。第二次切削速度vf=5 m/min，f=0.05 mm/r，ap=0.055 mm（切削方向是从床尾到床头）。

加工后的孔的表面粗糙度、精度达到图纸要求，其它技术指标也达到图纸要求。用此工艺加工，只需普通车床及制造一些简单的工夹具就可以顺利地按图纸技术要求加工长径比大的深孔而不用深孔加工的专用夹具，特别是针对小批量产品时更加体现出较高的经济效益。

8结语

金属切削是长期的生产实践中发展起来的一门学科，有较强实践性、应用性和针对性。深孔加工在实践中经常遇到，应用相当广泛。针对不同材料和技术要求，应采取相应的不同方法。对于影响切削过程的刀具工作的众多因素，抓住关键，并处理好其它因素的内在关系才能使切削加工顺利完成。本文论述的例子，其主要的因素是镗刀的平稳切削及用胎模精确定位，只需解决镗刀的这一主要矛盾。实践证明，只要认真总结经验，制定正确的加工工艺和运用合理的工夹具，即使在普通车床上也能在加工上、技术上得到新的突破，加工出难度大、精度较高的产品。

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