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深孔鏜床一體化刀具對缸筒加工效率的影響

2015-8-5 來源：數（shù）控（kòng）機床市場網作者：無錫機電高等職業技術學（xué）校秦（qín）文偉

摘要:高效的鏜床加工技術（shù）是研究者關注（zhù）的重點問題。采用（yòng）刀具和滾珠（zhū）一體配合設計,同時利用（yòng）輔助液壓係統控製鏜刀伸縮設計的（de）一體化刀具,加工時負（fù）載低緩平（píng）穩,平穩時間區域較長,大大縮短了加工流程,減小了工（gōng）件受力時產生的振動,提高了精加工（gōng）的穩定性和可（kě）靠性,促（cù）進了產品質量。

關鍵（jiàn）詞:鏜床;一體化刀具;加工效率

0 引言

鏜削加工是機械加工（gōng）過程中諸多加工方法的一種,它的加工過程就是把工件裝夾在（zài）鏜床的工作台上或者固定在附近裝置上不動（dòng）,讓刀具主軸作（zuò）旋轉運動,並且使工作台移動做進給運動,從（cóng）而實現零件的（de）鏜削（xuē）加工。對鏜床加工技術的研究,現在主要集中在電氣控製和機床性能改造兩個方麵,其（qí）中李金瑩、陳輝通過對連（lián）杆加工前狀況的分析和工序加工後要達到的各項精度進行分（fèn）析,在保證加工效率和精度的（de）同時,設計出（chū）臥式高速高精度雙軸連杆鏜（táng）床,重點介紹了機（jī）床的總體結構[1]。華滿香、淩誌學利用三（sān）菱FX2N 係列 PLC 對 T68 鏜床的改造, 采用順序功（gōng）能流程圖的程序設計方法設計（jì）出梯形圖並進行現場調試,並使編程更趨（qū）於規範化、標準（zhǔn）化（huà）[2]。下企業實踐時,企業利用鏜削加工深孔缸筒類零件（jiàn）是精加工中的重要工序,影響深孔加工質（zhì）量的影響因素主要有機床精度、操作不當和（hé）刀輔具問題（tí）[3]。針（zhēn）對刀輔具問題所引（yǐn）起的加工質量問題,企業采用鏜頭一體化刀具實現了深孔的高效加（jiā）工,大大提高了生產（chǎn）效率。

1 一體化鏜床刀（dāo）具（jù）企（qǐ）業引進的刮削滾光深孔（kǒng）鏜床,製造商為意（yì）大利塔基公司,設備型號為 FTSeries 450B500伊3000 CNC,主要技術參數:鏜床的中心高為 500 mm、床身回轉直徑（jìng）為 1 000 mm,最大鏜深3 000 mm,主軸的電機功率為（wéi） 75 kW,主軸移動速度範圍是 10 ~1 000 r/ min,刀具旋轉速度是 10 ~1 000 r/ min。冷卻單元的最大流量為（wéi） 1 600 lt/ min,鏜頭的電機功率（lǜ）為（wéi） 100 kW。刮削滾光深孔鏜床刀具的主（zhǔ）要特點為:一次裝夾 9 把刀具先刮（guā）後削實現一次性鏜削作業,鏜頭體與主軸的結合麵加長以提高整體剛性,鏜頭後端通過液壓控（kòng）製刀具的伸張（zhāng）以實現刀具準確讓刀,鏜孔直徑的微調是通過鏜頭（tóu）前（qián）端的調（diào）節螺栓來實現的,每把鏜刀前端的導向塊（kuài）實現進刀（dāo）過程（chéng）的導向。並且大（dà）流量切屑液衝洗（xǐ）錐孔,避免鐵屑影響主軸的精度（dù）。

鏜床一體化（huà）刀具關鍵部件的主要功能為螺紋聯軸器實現鏜杆和鏜頭的螺（luó）紋鏈接,保證鏜杆和鏜頭液壓通孔準確對中;彈簧收縮套杆在（zài）鏜（táng）削結束使刀具收縮實現自動讓刀,當刀具退出時,為避免刀具在工件已加工麵上拉出刀痕,設置液壓裝置通過實現收縮刀具可以實現有效讓刀;刮削（xuē）刀具實現對切削螺（luó）紋的依次刮削;滾珠實現切削麵的強力滾壓;調節內六方（fāng）螺（luó）栓通（tōng）過內部錐麵實現（xiàn）切（qiē）削刀具的微量調節。鏜床一體化刀具鏜削缸筒時的加工過程,如（rú）圖 1 所示。

由圖 1 可看（kàn）出,使用一體化刀具進行（háng）鏜削時,鏜削的過程為“先削次刮後滾冶。當鏜杆實現進給運動（dòng）時,鏜頭隨著鏜杆在（zài）進給電機的帶動下沿導（dǎo）軌做直線（xiàn）水（shuǐ）平運動,三角切（qiē）削刀具首先進行比較厚的吃刀量,實現首次切削,扁平圓弧刮削刀具先後實現對鋸齒形的牙頂進行中度和（hé）微度兩次刮削,滾珠在鏜（táng）杆公轉和（hé）自身旋轉的受壓情況下實現缸壁內的表麵滾光,成型速度比較完好。

圖 1 一體化（huà）刀具的（de）鏜削過（guò）程

2 鏜削加工效率對比

以前（qián）在加工（gōng）深（shēn）孔缸筒時,采（cǎi）用 TKA2140400 伊3000 mm 進行鏜削,由於刀具采用（yòng）分（fèn）離（lí）式（shì）刀具,粗鏜與精（jīng）鏜分離,精鏜時滾珠不會自動退縮,依靠半環手動調整前後位置實現讓刀,鏜床的（de）動（dòng）作循環為間歇作業且僅有一把刀具,效率較低。普通鏜床和刮削滾光深孔鏜（táng）床加（jiā）工深孔缸筒類零件（jiàn）的完整工序如圖 2 和圖3 所示。

由圖 2 和圖 3 可知,相比較於普通鏜床,利用一（yī）體化刀具（jù）鏜孔時工序較少,依靠整體式（shì）刀具（jù）,鏜削深孔時僅使用一道工序,通（tōng）過液壓自動控製刀具伸（shēn）張,縮短了更換刀具和半環的操作（zuò）時間,自動（dòng）化程（chéng）度很高,大大（dà）提高了工作效率。

經過統計和（hé）計算,在鏜削漬400伊2 000 mm 的（de）缸筒時,普通推鏜運行時（shí）,一般情況（kuàng）下（xià）轉速(S)為100 r/min,進給速度(F) 為 55 mm/ min,一（yī）體化刀具鏜削時,主軸轉速(S)為 100 r/ min,鏜軸轉速(S)為 80 r/min,進給速度(F)175 mm/ min。普通鏜床和一體化刀具鏜削過程總時間對比結（jié）果（guǒ）,如表 1 所列。

從表 1 可以看出（chū）,從鏜削加工計算總耗時可知,一體化刀具鏜削加工（gōng）效率是普通鏜床加工效率的 3倍左右。實際（jì）加工情況是,更換鏜頭時間和安（ān）裝刀具時間往往出現在批量生產加工（gōng）之前,單件（jiàn）加工時不會（huì）重複操作,批量生產時間愈長,更換鏜頭時間和安裝刀具時間對加工效率的影響越小,實際的加工時間為技術加工時間和測量調整時間之和,此時,一體化刀具鏜削實（shí）際加工加工效率是普通鏜床加工效（xiào）率（lǜ）的 6倍左右。

3 鏜削加工負載對比

采用一體化刀具的（de）刮削滾光深孔鏜（táng）床,它的（de）滾光刮削機（jī）鏜刀、滾珠進入和退出缸筒的時間（jiān）為連（lián）續作業,而普通鏜床則采用分離式刀具（jù）,鏜刀（dāo）、滾珠進入（rù）和退出（chū）缸筒的時間為間歇式操作,造成鏜削加工過程中兩種負載的差別（bié）較（jiào）大。刮削鏜床加（jiā）工和普通（tōng）鏜床加工負載是隨時間的變化而變化的,變化曲線如圖 4。

圖 4 負載變化（huà）曲線圖

由圖 4 可知,由於刮削鏜床主軸轉速和進給量比（bǐ）較大（dà）,和普通鏜削相（xiàng）比,加工工件的時間較短,同（tóng）時,采用一體化刀具使（shǐ）車（chē）床係統的負載較低（dī）,平穩時段主要集中在中（zhōng）間,約占（zhàn）整個加工時間（jiān）的 80%。

4 鏜床主要結構的數值模擬分析

目前利（lì）用計（jì）算機對（duì）刀具進行動態模擬（nǐ）的（de）研究很少,數值模擬理論分析主要集中於（yú）鏜杆、軸承、中（zhōng）心（xīn）架和底（dǐ）座的流場與（yǔ）動態特性研究。其中邵俊（jun4）鵬通過計算流體力學有限體積的方法對重型臥式鏜床（chuáng）靜壓中心架流場進行數值仿真（zhēn）,得（dé）到了靜壓支承的油腔壓力在整個油（yóu）腔麵積上是均勻分布的（de）,並且油腔的麵積占到總有效麵積的2/3 以上[4]。所以,支承件和被支承件的局部壓力都不會承受的較大,這有助於提高支承的耐用性。王洪玉對（duì）精鏜床結構模型的動態特（tè）性進行分析,通過模態分析得到模型的基頻呈現出非線性增（zēng）大的變化趨（qū）勢,而且是隨著鏜杆軸套外圓直徑的增大（dà）出現的;鏜杆受力時,它的（de）模態分布是呈一定規律的[5]。因此借鑒鏜床主要結構的數值分析結果,得到了鏜床（chuáng）主要構件的各種模態（tài）參數,為鏜削加工時鏜床的結構穩定性以及一體化鏜削刀具（jù）優良的加工效率（lǜ）提（tí）供了理論依據（jù）。

5 結語

鏜床采用一體（tǐ）式刀具進行鏜削,刀（dāo）具功能較多,結構複雜,結合操作係統參數化智能操作（zuò）,減少了退刀、換刀、測量時間,大大（dà）縮短了加工流程,同時鏜削時（shí）負載低緩平穩,減小了（le）工件受力時產（chǎn）生的振動,當（dāng）主軸轉速（sù）達到了 175 ~ 250 r/ min 時,所加工孔的光潔度達到了 Ra0. 8,圓度達到了 0. 02 滋m,提高（gāo）了精加工（gōng）的穩定性和可靠性,促進了（le）產品質量。

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