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拉鏜法:穩定性好、CNC加工精度高的深孔加工工

日期:2018-07-09來源:未知

所謂深孔,一般是指孔深與孔徑之比>5~10,甚至到100或100以上的孔。深孔鏜削是獲得具有一定精度的深孔最常用的加工方法,通常情況下,深孔鏜削的鏜孔精度可達IT7~IT8,表面粗糙度值Ra=3.2~0.8µm。常規的推鏜法是目前應用最為廣泛的深孔鏜削方式,但由于推鏜結構中,鏜桿始終處于軸向受壓狀態,特別是對于加工深徑比較大的孔,鏜桿會不可避免的出現壓桿失穩現象,導致鏜頭導向部分磨損不均勻,從而出現加工孔軸線較大的偏斜及直線度誤差,大量實際加工數據表明,即便嚴格保證刀具精度、刀具切入口精度,也無法將推鏜法加工的軸線偏斜量穩定的控制在0.15mm(每米深度)以內。

 

基于以上情況,特別是各種有精度要求的深孔工件的出現,使得拉鏜法的應用日漸廣泛。拉鏜法在鏜削過程中,鏜桿始終受拉,鏜頭沿著鏜桿前進的直線方向做進給運動,通過各種輔具及工藝方法的保證,拉鏜法加工孔的軸線偏斜可控制在0.05mm(每米深度)以內,主要用于加工大深徑比的管件、有較高精度要求的深孔工件等。

 

拉鏜法的應用

拉鏜法:穩定性好、加工精度高的深孔加工工藝方法

(1)用于實現大的深徑比。如圖1所示,為一種拉鏜加工大深徑比工件的機床結構圖。工件(通常為熱拔、冷拔或離心鑄造管料)裝夾前首先進行預加工,將若干中心架定位面、前端15°錐面及卡環槽,以一定的同軸度要求加工出,其中15°錐面按卡盤體端部的內錐面來配,保證可以用圖示的半圓卡環+壓盤結構壓緊,定位工件、密封并傳遞切削轉矩。該結構采用床頭主軸進油的方式,切削液攜帶切屑,經由鏜桿與毛坯內孔的間隙,向工件的尾端排出,選擇鏜桿時需保證排屑空間,通常應保證鏜桿與毛坯內孔間隙s≥2t(吃刀深度),同時加工時適當提高進給量,保證切屑為卷狀短碎屑。

 

該結構中,工件在切削過程中受拉力,彎曲變形的影響非常小,可以滿足細長、薄壁工件的加工,同時由于出口端設置了鏜桿導向,鏜削的后半程中,加工孔形成的軸線有向機床軸線靠攏的趨勢,因此可實現很大的加工深徑比。用此結構可加工石油化工用裂解管,加工內孔φ100mm,在保證最終壁厚差要求的前提下,單節可實現的加工深度在8m以上。

拉鏜法:穩定性好、加工精度高的深孔加工工藝方法

(2)用于保證加工孔軸線的位置精度要求。工件固定狀態下實現加工孔的位置精度。如圖2所示,圖中工件為一石油機械用壓裂泵的泵體,泵體上有相應的深孔,該孔的兩端對相應基準均有位置度的要求,若采用常規BTA(內排屑)鉆削—推鏜的加工方式,孔的出口位置精度很難保證,若采用先加工孔,以孔為基準加工相應面的方式,會造成加工工藝過于復雜。現以拉鏜法解決此類問題。

 

圖2結構中所用拉鏜頭為內排屑拉鏜頭,采用授油器供油、通過鏜桿內部向后排屑的加工方式,相對于(1)中的外排屑拉鏜頭,其結構較為復雜,但該結構所配鏜桿的規格要大于外排屑方式,剛性強,并且可以直接與BTA鉆頭聯接。對于圖2所示工件的加工,首先在授油器頭部安裝鉆頭導向套,授油器與床頭座兩端頂緊工件后,以BTA法鉆通加工孔,將授油器頭部更換為圖2所示7的組件,同時更換拉鏜刀具及導向套,對已加工孔(已產生偏斜)進行反向拉鏜加工,根據孔的要求可以分為粗鏜、精鏜及滾壓(拉滾)等工序依次完成,由于結構中鏜桿的剛性好,加之拉鏜頭的自導向性好,可實現很高的加工孔軸線的位置精度。該結構同時可用來加工多平行孔、有孔距要求的平行相交孔等。

拉鏜法:穩定性好、加工精度高的深孔加工工藝方法

 

工件旋轉狀態下實現各加工孔的同軸度要求。如圖3所示的多臺階孔工件,為保證各公差要求,常規加工工藝中,采用的方法是先加工φ510+0.04mm孔,以此孔為基準車工件外圓(保證最終測量壁厚一致),將基準A轉移至工件外表面,通過外圓夾持工件再加工其他孔,其他孔的加工還需要以φ510+0.04mm孔為導向,首先加工引導孔,以保證各處的同軸要求,工件加工的難度隨著臺階數的增加急劇增大。

 

加工圖3所示工件簡要工藝路線如下:①將坯料外圓(需留量)一并車出兩端錐角、中心架定位面,同時車齊兩端面,保證兩端面對工件軸線的垂直度≤0.03mm。②用BTA深孔鉆鉆通長孔φ39mm。③拉鏜孔,分為粗、半精及精3道工序完成,最終加工成φ450+0.062mm孔。④按相應深度拉鏜加工φ450+0.062mm及φ54mm孔。⑤最終加工外圓。

拉鏜法:穩定性好、加工精度高的深孔加工工藝方法

 

現采用如圖4所示的拉鏜結構,采用工件、刀具雙向回轉的加工方式,同時采用加長內排屑拉鏜頭結構,拉鏜出口端設置鏜桿導向,加工孔軸線的偏斜可穩定的控制在0.05mm(每米深度)以內。工件兩端由錐面(內頂尖)定位,整個加工過程均以兩錐面所定位的工件軸線(機床中心線)為基準,各臺階孔位置精度不會產生相互影響。

 

以拉鏜法加工多臺階孔,在深徑比小<50的情況下,臺階數的增加對工件加工難度的影響較小,相對于常規的推鏜加工,其工藝路線簡單、加工效率高。

 

實踐證明,拉鏜法是一種穩定性好、加工精度高的深孔加工工藝方法,應用于加工深徑比大、加工孔軸線精度要求高的深孔工件。上述各結構圖基本涵蓋了拉鏜法的應用方式,可應用于具體深孔工件的加工中,保證最終的加工精度要求。

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