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车床/数控车床 |
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深孔内球面加工 |
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作者：中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 阎可明 |
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工件如图1所示，材料为1Cr18Ni9Ti，焊接结构件。工件材料强度虽然不高，但塑性和韧性大，切削加工性差，加工硬化趋势强烈，切削负荷大，导热性差，加工时热量易集中在切削刃上，产生积屑瘤，使刀具磨损加剧。加工的主要难点是工件精度要求高，薄壁，刚性差，容易引起装夹变形。工件孔深且为盲孔，孔底部为球面，刀杆细长，车削时易产生振动。加工质量不易保证。 
图1 工件
工艺分析
工件原来是在数控车床上加工，精加工时要求一次完成内孔及内球面的车削，在加工过程中不允许换刀。根据数控机床的加工特点，刀杆直径只能做到f60mm。由于刀杆细长，刚性不足，强度低，在加工中刀杆产生振动较大，产生让刀现象，并使孔壁的粗糙度值增大，不但生产效率低，而且加工质量难以保证。
如果将刀杆直径增大，则在加工内孔时，刀杆与孔壁间隙太小，引起排屑不畅，造成堵塞，冷却润滑液进入困难，刀具磨损加剧，从而影响加工精度。为了满足生产的需要，使工件加工质量保持稳定，提高生产效率，解决数控车床加工深孔的不足，设计了一种车削深孔内球面的专用刀具，可在普通车床上进行深孔内球面的加工。
刀具设计
设计专用刀具应在能使切屑顺利排出的前提下，尽量提高刀杆的强度和刚度，避免加工过程中刀杆的振动，确保加工精度，并实现刀具的旋转，达到车削内球面的功能。
按照工件的深度和内孔直径，根据曲柄连杆机构的原理，设计的车削深孔内球面专用刀具如图2所示。刀杆直径110mm，长度约2000mm。
1.车刀 2.旋转体 3.连杆 4.刀座 5.刀杆 6.拉杆轴
7.封板 8.定位轴、轴套、螺母、垫圈 9.销轴
图2
车削深孔内球面的专用刀具主要由刀杆、刀座、封板、拉杆轴、连杆、旋转体等组成。刀杆、刀座、封板焊接成刚性体，拉杆轴可以在刀座与封板的内孔中自由滑动。拉杆轴与连杆，连杆与旋转体通过销轴连接，旋转体与刀座通过定位轴、轴套进行连接。各连接件之间均采用滑动配合。
为避免在车削内球面过程中，连杆机构出现死点，在组装专用刀具时应将旋转体向前偏斜一个角度。
加工方法
工件焊接后进行消除内应力处理。经粗车内孔、外圆后，在工件两端法兰上建立找正基准。为解决工件刚性差的问题，避免装夹变形，工件通过定位工装和中心架进行固定。
用卡盘将定位工装卡住，按工件法兰外圆配车定位止口后，利用止口定位将工件用螺栓固定在定位工装内，并用两个中心架支承工件。
将专用刀具装在刀杆安装座内，利用刀杆安装座的开口槽将专用刀具固定。并将刀杆安装座固定在车床的刀架上。连接座固定在尾座轴的端面上，拉杆轴通过定位销与连接座铰接。
车削内球面时，转动车床尾座的操作手柄，利用尾座套筒的轴向运动，通过固定在尾座套筒上的连接座使拉杆轴沿轴向移动，拉杆轴推动连杆，连杆带动旋转体上的车刀绕定位轴转动，从而完成车削深孔内球面。加工示意见图3。
1.机床主轴箱 2.三爪卡盘 3.定位工装 4.固定螺栓 5.工件 6.专用刀具
7.中心架 8.刀杆安装座 9.机床刀架 10.链接座 11.尾座套筒 12.机床尾座
图3 加工示意图
车削时，在工件孔口进行对刀，可以控制内孔及内球面的尺寸。深度尺寸是通过测量内深并用车床大拖板的刻度值来进行控制。
冷却润滑液采用硫化切削液。冷却液的输送管通过刀杆并固定在刀座上，使冷却润滑液直接从刀座喷向车刀，并将切屑从工件内孔冲出。
为避免切屑成带状缠绕在车刀上，拉伤孔壁，根据精车时的切削用量在车刀上磨出合适的断屑槽，控制断屑效果。
精车时刀片材料选用YW1，主轴速度20r/min，进给量0.15mm/r，吃刀深度0.25mm。要保持车刀锋利，增强刀头的强度，改善散热条件，减小摩擦和由此而引起的加工硬化趋势，车刀还应具有合理的切削角度。
加工时随时观察切屑的形状和颜色，注意排屑的情况，以及加工时刀具在深孔中发出的声响，用手触摸刀杆观察其振动情况。如出现反常现象，应立即进行检查，并采取措施予以解决。
结论
在普通车床上通过专用刀具，实现了深孔内球面的车削。不仅生产效率高，加工成本降低，而且加工质量可以得到保证。
加工深孔内球面的专用刀具结构简单，使用方便，加工尺寸可以调节，适用范围较大。可为解决类似问题提供参考。(end)
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(3/10/2005) |
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