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空压机连杆两螺栓孔的深加工 |
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作者：陕西省农业机械化学校 李增先 |
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某厂生产的2V-6/8型空压机连杆如图1所示。材质为45号钢，硬度HRC28～32，两螺栓孔尺寸精度为H8，表面粗糙度为Ra1.6µm，两螺栓孔的平行度允差为0.15mm。
1 工艺分析
1) 深孔钻削存在的困难
空压机连杆两螺栓孔小而深，长径比为6:1，且精度要求较高，加工中存在的问题是：
·排屑困难。钻深孔时，如不能及时将切屑排出，则切屑有可能阻塞在钻头排屑槽内，这不仅会影响加工精度，严重时可能会扭断钻头。
·冷却与润滑不良。钻头在半封闭的条件下工作，切削液很难注入到切削区，切屑、刀具和工件之间的摩擦很大，尤其在长时间连续切削的情况下，产生大量高温切屑和很高的切削温度，必须采取有效措施，确保钻头冷却和润滑，否则将使钻头磨损加剧。
·导向差。由于孔深、刀具细长，因此，钻头的强度刚度较差，加工时容易引偏和产生振动。为了保证钻孔的直线度和表面粗糙度，防止钻头折断，必须解决好导向问题。
图1 连杆
2) 工艺分析
为了使零件的制造精度达到规定的技术要求，必须解决1.1例述的三个问题。两螺栓孔的加工可采用以下两种方案。
·用振动枪钻加工
该方案的优点是：工艺可靠，加工质量高；效率高，成本低。缺点是：设计与制造周期长，投资大，对设备精度要求高。但随制造业技术水平的提高，对设备精度要求高的缺点已不足显。该方案一般适宜于大批量生产的场合。
·采用钻－扩－铰孔的传统工艺方案
该方案的优点是：设计与制造周期短，投资小；工艺可靠，质量稳定。缺点是：工艺路线长，效率低，工时费用高；故本方案一般适宜于小批量生产的场合。
2 利用振动枪钻钻孔
钻一扩一铰孔的传统工艺本文不再赘述。下面仅就振动枪钻进行孔加工的有关问题作较详细的介绍。
1) 机床的改造
选择一台精度与转速较高的普通车床，在其上附加一套冷却液供给系统。把车刀架拆掉，将夹具固定在机床横向拖板上；排屑箱设置在溜板箱左侧，机床主轴前端装有枪钻头，在机床主轴的前后两侧安装有振动源，联接器安装在主轴后面，并固定在床头箱上。总体布局如图2所示。钻孔时，首先启动电机，油泵将冷却液经高压油箱和空心拉杆压入枪钻内孔，然后由车床主轴带动枪钻高速旋转。振动源使枪钻在转动的同时，作有规律的轴向振动，工件由溜板箱送进，这时高压冷却液由钻头前端的油孔喷入切削区，再和切屑一起由枪钻外侧的120°V型槽排入排屑箱内。钻完第一个孔后，横拖板横向移动85±0.01mm再钻第二个孔。 
图2 枪钻钻床的总体布局
联接器的结构如图3所示，校定环6使拉杆8与机床主轴7同轴，紧定环5采用左旋螺纹连接，所以主轴正转时，紧定环不会脱落。叉形件3用螺钉2安装在集油箱4上，主轴旋转时，轴套不旋转。泄漏的切削油由回油管1流回油箱。
图3 联接器
钻夹头和振动源的结构如图4所示，枪钻装在弹簧夹头8内，通过轴7、滑动轴2、传动轴1使其主轴同时转动，传动盘6受弹簧3的作用紧靠在振动轮4上。偏心轴5的偏心距为0.1mm,受摩擦力的作用，传动盘6在转动的同时作有规律的轴向振动，从而使枪钻在转动的同时实现轴向振动。为了保证枪钻可靠地实现轴向振动，两偏心轴的偏心距应严格一致，两振动轮的精加工应在一次装夹中加工完成。
图4 钻夹头与振动源
排屑箱的结构如图5所示。由于采用刀具旋转的加工方式，所以对机床主轴提出了更高的要求，钻套4的内孔与机床主轴的同轴度允差为0.02mm。为此，钻套4的安装孔可采用自镗削的方法加工。为了使排屑箱左边的密封装置不使钻杆形成固定支承而造成钻杆弯曲，可将该处与钻杆之间留0.5～1.0mm间隙。为了防止加工时油液飞溅，密封垫1、压紧盖2、隔片3应加工成与刀杆截面相似的形状。弹簧5的缓冲作用防止溜扳箱开始进给时引起的振动。
图5 排屑箱
2) 枪钻结构特点、几何参数和工作原理
结构如图6所示，其由钻头、钻杆、钻柄三部分组成。钻杆采用无缝钢管制造，在靠近钻头部轧制出排屑沟。钻杆外径比钻头外径小0.5～1.0mm,以避免与孔壁和钻套摩擦。钻头一般用整体高速钢或硬质合金制成，与钻杆对焊起来直径大于8mm的枪钻，也可用硬质合金刀片镶焊在钻头上。
图6 枪钻
枪钻工作时，高压切削液(3～10MP，孔径越水，压力应越大)从钻杆内孔打入，送到切削区起冷却润滑作用，同时把切屑从排屑沟中冲出来，如图7所示。
图7 枪钻工作原理
枪钻刃部的几何参数如图8所示。外角Ø1、内角Ø2的大小和钻尖位置的决定，对钻孔精度和切屑形成有很大的影响，通过对径向切削力的计算来确定。内、外角和钻尖的适当搭配，可使切削力近似平衡或使其合力指向第一导向条a1的方向，从而使枪钻保持很好的自我导向，孔的切削和挤压可一次完成，保证了被加工孔的精度、表面粗糙度和直线度。
图8 枪钻主要几何参数
3 振动钻削机理的讨论
轴向振动加入后，切削刃和切屑、切削表面周期性地接解和分离，且由于振动频率较高，使切削液呈雾状，从而使切削液能充分进入切削区、刀具、切屑与加工表面之间摩擦系数大为减小。从而有效减小了切削热的产生。
由于振动的存在，破坏了积屑瘤的生成条件，控制了切屑形成的过程，促进了断屑和排屑，大大改善了钻头的工作条件，故可获得较好的表面质量。
合理地确定钻头的外角Ø1、内角Ø2的大小和钻尖的位置，能使枪钻保持很好的导向，从而保证被加工孔的直线度。导向条a1的挤压作用有助于改善孔表面的粗造度。
4 小结
本文介绍的振动枪钻在某厂生产的2V-6/8型空压机连杆两螺栓孔的加工中得到应用，一次走刀可使孔的表面粗糙度达Ra0.2µm,孔的直线度达0.05mm/m。(end)
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(3/2/2007) |
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