深孔枪钻组合机床设计中的几个关键性问题.docVIP

深孔枪钻组合机床设计中的几个关键性问题 王少岩，刘华军 （2004年辽宁机电职业技术学院，辽宁 丹东 118002） 摘要：在深孔枪钻组合机床的设计制造过程中，有很多技术性问题需要不断地探索和研究，根据作者对枪钻机床的设计和研制，总结出在设计和制造过程中应注意的几个关键性问题，如果控制得好，就能够保证深孔加工的质量。 问题的提出 深孔枪钻组合机床（以下简称枪钻机床）是40年代出现的一种特殊组合机床，早期主要用于加工汽车、军事工业中一些零件的深孔（长径比L/D＞5的孔），现在也用于加工浅孔。枪钻机床用来加工深孔时，L/D一般可达到100以上，最大甚至可达到200，可一次加工出精度很高的深孔，孔径精度可达到IT7以上，粗糙度可达到Ra=1.6～0.4，直线度可高达0.1/1000，亦可一次加工出精度很高的浅孔，取代传统的钻扩铰加工工艺，解决了钻扩铰工艺不能解决的难题。用枪钻组合机床加工深孔，其所有工艺过程都由PLC来实现自动控制，在自动生产线上得到广泛应用。 鉴于枪钻机床的上述工艺特点，它在结构设计上与传统的钻镗类组合机床有很大区别，如刀具、主轴箱结构、排屑方式，切削液及润滑方式等均有不同的设计特点。下面主要就枪钻机床各主要部件设计的关键性问题加以探讨。 几个关键性问题 2．1枪钻刀具 枪钻刀具一般由三个部分组成：刀柄、刀杆、刀头，如图1所示。 刀杆一般为铬钼钢管，刀头为硬质合金，二者焊接后在其外圆上制成A—A剖视图中的“V”形排屑槽，整个刀具是空心的，当枪钻刀具开始钻削时，高压切削液从刀具后端打入，经其内孔至刀头，切屑被切削液从排屑槽冲出。这里要解决一个重要问题是：当刀头离开导向套后，刀头可起自导向作用，防止发生偏斜，保证孔的直线度。为避免损伤已加工孔的表面质量，刀杆直径通常比刀头直径小0.1D左右。因为，枪钻刀具的结构与排屑方式等极具特殊性。 机床主轴箱结构 枪钻机床的主轴箱结构，一般采用精镗头的结构。由于枪钻加工时刀具的进给量比较小，可达到0.05mm/r，因此枪钻主轴对其轴向窜动要求非常严格，应控制在0.003mm以内，若轴向窜动量过大，会导致进给量不均匀，从而影响加工精度和损坏刀具。 枪钻主轴的转速一般较高，因此主轴系统设计应保证噪声小，传动平衡。为了达到这一目的，一般采用楔形皮带传动，主轴等关键零件需要在加工完毕后做动平衡检验。所以，在加工主轴时，所有外圆均需磨削，以利于实现其动平衡，对主轴的径向跳动一般不做特殊要求。 枪钻机床切削加工时，由于切削力和进给量都较小，对主轴刚性要求低于其他机床。主轴轴承一般采用高精度向心推力球轴承，轴承内圈与主轴的配磨间隙一般为0.005mm左右，轴承外圈与箱体内孔的配研间隙一般为0.005mm左右。 导向装置 这是枪钻机床本身特需的一种导向装置，它可实现枪钻刀具的准确切入与导向，切屑和切削液的混合物在导向装置中被引流到排屑系统中去，并由导向装置对切削区域飞溅的切削液进行封闭处理和控制。 导套的材料、加工精度和与刀头的配合间隙是影响加工质量的主要因素，它与刀头的配合间隙一般在0.005～0.012mm之间，当间隙超过0.02mm时导套就应更换，所有导套一般都用硬质合金制作。 2．4 进给滑台 由于枪钻加工时进给量很小，因此要求滑台运行平稳且不允许爬行，这与主轴不允许轴向窜动是同一道理。设计时必须选择1 HJC系列高精度机械滑台（GB3668.4-83），该滑台带有调速装置（可根据实际情况调整枪钻进给量），采用滚珠丝杠传动，三导向，精度保持性好，导向约束稳定性及动态性能也很好。另外，在选用机械滑台时还要注意必须使宽度规格尺寸小，但行程要长。枪钻机床不能采用液压滑台。 5 切削液处理及供给系统[2] 枪钻加工时对切削液的要求非常高，切削液必须有合适的压力，足够的流量和很高的过滤精度，才能保证枪钻加工冷却和冲屑的顺利实现。尤其是枪钻切削液的过滤精度，对刀具的耐用度、内孔的表面粗糙度、尺寸精度、液压泵和阀的磨损有很大影响。实践表明，当切削液过滤精度为20um时，刀具刃磨一次可钻孔14个；在其他情况不变的情况下，过滤精度为10um时，刀具刃磨一次可钻54个孔，并且过滤精度对孔表面粗糙度的影响更为明显。鉴于如此，枪钻机床过滤系统必须采用多级过滤，将切削液与切屑（多为细屑）的混合物严格分离，提高枪钻使用寿命和加工质量。枪钻的排屑装置多为自动磁性排屑装置。枪钻切削液的处理与供给系统的循环，如图2所示。 图2中的双点划线内为枪钻切削液处理与排屑系统，其中精过滤需有堵塞发迅装置报警，由PLC控制切换，油温控制柜使切削液的温度控制在55°C以下，整个系统需有足够的容量。 2．6 枪钻切削液 枪钻切削液必须是专门配制的，它分为油基和水基切削液[1]。切削液质量是枪钻加工中重要的控制环节。油基切削液以