基于加工中心的深孔加工论文_伍浩,刘国栋、彭湘 、杨芳

江南工业集团有限公司 湖南 湘潭 411207

一、简介:

深孔加工的常用加工方法有枪钻机床钻孔、浮动镗镗孔(普通车床改装)、深孔镗床镗孔、深孔珩磨机磨孔等等,必须根据被加工零件的结构、技术要求、生产批量和工厂现有条件等要素确定采用何种加工方法。活塞杆是我公司某座椅缓冲器的关键部件,见图(一),单件小批量生产,其中φ28+0.1 0内孔属于深孔加工(径长比1:17),其深度达478mm,且内孔直径较小,其内孔直线性、粗糙度、加工精度等也是加工的难点,无法应用普通镗削工艺加工,是活塞杆加工的瓶颈。

应用深孔枪钻加工技术,在没有专用深孔机床的条件下,结合现有的DMG80P五轴加工中心(带内冷系统)加工活塞杆φ28+0.1 0深孔;利用现有设备条件,解决活塞杆深孔加工难题,有效保证孔的精度、直线性和表面粗糙度,形成了一套有效的、完整的加工操作法,从而提高了公司工艺技术水平和加工能力,并为今后的生产及工艺技术进步奠定基础。

二、技术原理及加工方案

1、零件结构分析及主要难点:

图(一)

图一

图(一)为活塞杆零件结构图,材料30CrMnSiA,热处理HRC35-40,总长582毫米,孔深478.5,孔径 ?28,孔壁表面光洁度Ra1.6,底面直角,加工难度较大。该零件需应用到深孔加工技术。

对于小批、单件生产,在没有专用深孔机床的条件下,应用带内冷的加工中心也可加工一定程度的深孔(孔深受机床行程的限制)。通过探索一般可稳定地达到IT8~IT9级精度,粗糙度Ra1.6~Ra0.8,直线度≤0.25/1000mm。结合活塞杆零件,研究刀具系统、加工方法、切削参数以控制零件尺寸、表面质量,优化工厂现有设备加工能力。

2、工艺方案的确定:

第一方案——普通车床浮动镗削工艺:

加工刀具:专用浮动镗刀+深孔钻+扩孔钻+平底锪孔钻;φ28+0.1 0mm孔的加工工艺为用深孔钻钻底孔——深孔钻扩孔——平底锪孔钻锪平底孔——浮动镗刀精镗孔。

在此方案中先行将孔钻成?18mm通孔,由于总长为594mm,需在一头钻削300mm深后掉头再将孔钻通,采用的设备多为普通车床或镗床,进行钻削加工,冷却排屑困难、效率低,操作工人劳动强度大。

钻孔完成后经过几道热处理工序,我们需要镗削修正孔的尺寸精度及表面粗糙度,这里包括粗镗孔及精镗孔两道工序。采用的刀具是非标的浮动镗刀,整个加工系统包括高压冷却液压站、非标内冷钻27.8*600、非标端面锪孔刀28*500、非标内冷钻25*600、非标内冷钻20*600、非标定心钻15*105、非标浮动镗刀28*600一套。

在加工的过程不便于观察断屑,采用的设备还不宜在数控车床上进行,这就造成加工中加工效率及刀具寿命不高的一系列问题。

该方案由于工厂现没有镗床,只能用普照通车床改造,而改造设备和

制造整套刀具,需投资14.8万元,且加工周期长,仅加工此孔需耗时20小时,加工精度与表面质量可以基本满足图样要求。

第二方案——带内冷的卧式加工中心枪钻钻孔工艺:

加工设备:DMG 80P五轴加工中心(可选用带内冷卧式数控镗铣床),中心出水,出水压力4Mpa(=40bar);

加工刀具系统:

名称 型号规格

刀片式枪钻刀体GD-DH28.00-L480-M32X-12

刀片TOGT120405-DTIC908

刀片夹紧螺钉SR14-506

导向块GPS-06-20-120 IC908

导向块锁紧螺钉SR34-508

非标焊接硬质合金平底枪钻STGD-F 28.05-480-W32

BT40侧固刀柄BT40 EM 32X110

专用夹具:设计制造活塞杆钻孔专用夹具,用于装夹活塞杆,确定活杆定位、夹紧可靠和便于在DMG 80P五轴加工中心上加工,并通过夹具解决加工行程、枪钻长度与机床空间不足的矛盾。

以上刀具与夹具投资共4.2万元。

综合考虑后确定采用第二工艺方案 。

3、实施过程与加工参数:

枪钻是一种加工深孔长径比大的代表性工具,相对于普通钻头具有连续供油排屑、有自导功能、能钻出尺寸、形位精度很高的深孔。

图(二)加工状态

(1)加工前准备

由于零件批量小、孔深,若使用与深孔钻机相同的钻套、钻套支撑架等设备,生产准备麻烦、装卸复杂。因此在加工中心上使用枪钻时,采用预先在零件上加工引导孔的方法,对刀具起定位与导向作用。对引导孔的要求主要取决于孔深与孔径两个因素。通常,引导孔深一般为钻刃直径的1.2~2.5倍(结构允许应尽量取上限),孔径大于钻刃直径的0.01~0.03mm,以保证枪钻能平稳、顺利进入孔内。我们选用的枪钻直径为φ28+0.02 0,故选用引导孔直径为φ28+0.04 +0.02、孔深为40mm。将工件固定在V形块上,引导孔的加工通过采用点中心孔、钻、铣、镗的步骤加工。

(2)钻削工艺方案

在钻削深孔过程中,如何控制和选择加工参数将直接影响枪钻的加工性能。我们采用的数控加工策略是:首先手动换刀方式调出枪钻(刀具过长无法自动换刀),以快速走刀方式移动到孔口定位处,在没有钻套引导 的情况下,刀具需反向转动以主轴S50、进给F6mm/min较低速度进入引导孔,主要是防止由于转速过高引起刀具的径向摆动划伤引导孔,严重的甚至损坏刀具;进入引导孔离底部2~3mm处,开启冷却液,主轴正转,并将转速提高,以合理的切削速度一次性加工到要求的孔深;之后,以快进速度退到离孔底约6mm处时降低转速(非标平底枪钻需全程主轴停转手动退刀)防止高转速引起刀具振动在退出时影响孔壁质量,同时刀具保持一定的低转速可以在旋转时自动调整平衡,并退回到安全距离时关闭冷却液。

图(三)钻削的切屑状态 图(四)直角非标枪钻

(3)钻削参数的确定

刀片式枪钻GD-DH28.00-L480-M32X-12Q切削参数:

切削参数的选用是根据机床、夹具系统刚性及刀具性能而定,需慢慢摸索出最佳数据。

第一次钻削参数转速S为1500rpm,进给速率为F200,切削过程平稳, 排屑顺畅,铁屑为长块状(略10mm长),表面质量一般,孔壁上有较明显的纹理,产品基本合格;

第二次为改善表面质量采用S1200、F70,切削过程平稳,排屑顺畅,铁屑为螺旋状(形成略2个旋涡略10mm长),表面质量较第一次没有改善,孔壁上的纹理有密集趋向,产品不合格;

第三次采用S1200、F120,切削过程平稳,排屑顺畅,铁屑为方块状(略4~6mm见方),表面质量较第一次有明显改善,孔壁上只有少量的纹理,产品合格;

第四次采用S1000、F50,切削过程平稳,排屑顺畅,铁屑为方块状(略4~6mm见方),表面质量与第三次一样,孔壁上只有少量的纹理, 产品合格;

非标焊接硬质合金平底枪钻STGD-F 28.05-480-W32切削参数:

通过枪钻加工后孔壁余量为0.05-0.1毫米之间,为了完成孔底直角的加工需要,采用平底枪钻进行平底加工,同时对孔壁修光加工,试验证实:第一次钻削参数转速S为1500rpm,进给速率为F120,切削啸叫声较大,状态波动变大,孔壁有细小的划痕。

第二次钻削参数修改为转速S为1000rpm,进给速率为F100,切削啸叫声降低,状态波动变小,孔壁对光可看见发亮的波纹。

第三次切削参数修改为S为700rpm、进给速度为F30,切削的声音及状

态平稳,孔壁的质量完全达到图样要求。

综合考虑,为保证刀具有合理的足够的使用寿命,确定两种刀具切削参

数分别为:刀片式枪钻GD-DH28.00-L480-M32X-12Q为S1000、F50;非标焊接硬质合金平底枪钻STGD-F 28.05-480-W32为S700、F30。加工效果见图(五),实际加工表明:采用上述加工策略,一支φ28mm枪钻加工一批次活塞杆(30根),孔深478.5mm(长径比大于17),工件精度与表面粗糙度符合图样要求,直线度(通过测量外圆母线间接描述)0.08mm,加工质量明显优于浮动镗工艺,加工效率大为提高(枪钻钻孔仅需10分钟,锪孔时间略长为16分钟),且刀具的加工性能仍然良好,充分说明合理地控制切削过程与参数,一方面可以保证孔的加工质量,另一方面可以提高枪钻的加工稳定性和使用寿命。

 

图(五)活塞杆内孔加工质量

三、结束语

应用工厂现有条件在加工中心上应用枪钻,解决了没有专用设备加工径深比为1:17的深孔加工难题,解决了制约活塞杆的生产加工瓶颈,同时掌握了枪钻在五轴加工中心上加工深孔的工艺策略与操作要领,确定了加工中心加工深孔的工艺方法、技巧、切削参数,有效保证了活塞杆尺寸精度、表面质量要求。

论文作者:伍浩,刘国栋、彭湘 、杨芳

论文发表刊物:《科技新时代》2019年6期

论文发表时间:2019/8/15

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