1 問(wèn)題的提出
“前后橋殼體加工兩端定位孔鏜車床技術(shù)改造”項(xiàng)目中，要求加工兩端孔至尺寸Ø60，孔口倒角4×30°，表面粗糙度Ra12.5。工件孔為鑄造底孔，工件材料ZG270-500，硬度>HB143。原定單邊加工余量5mm，而實(shí)際由于毛坯質(zhì)量差，鑄造孔偏心嚴(yán)重，加工余量極不均勻，單邊余量最大為9mm，最小為1mm)，給定位孔的加工帶來(lái)很大困難，加工廢品率較高。我們通過(guò)“前后橋殼體加工兩端定位孔鏜車床技術(shù)改造”項(xiàng)目對(duì)此進(jìn)行了攻關(guān)，通過(guò)不同加工方案的對(duì)比，選擇鉆擴(kuò)孔工藝并設(shè)計(jì)了專用擴(kuò)孔鉆，解決了該大余量孔的加工難題。
2 鏜孔工藝
根據(jù)工件的加工要求，可選擇三種鏜削方案。
在一根鏜桿上安排粗、精切鏜刀來(lái)分擔(dān)余量的切除，鏜孔后再倒角。為了不影響生產(chǎn)節(jié)拍，兩把粗、精切鏜刀需同時(shí)工作。由于孔徑只有Ø60mm，孔深65mm，因此鏜桿直徑最大不超過(guò)Ø46mm，鏜刀桿最大截面尺寸為14×14mm，壓緊螺釘最大直徑為M8。由于是在鏜桿上鉆孔及攻絲，進(jìn)一步削弱了鏜桿的剛性及強(qiáng)度。而鏜削余量的不均勻分布使得切削力很大，兩把鏜刀同時(shí)工作使機(jī)床功率不足，因此不可避免地要引起切削振動(dòng)，無(wú)法滿足工件加工精度和表面粗糙度要求。
在同一根鏜桿上安排粗、精切鏜刀來(lái)分擔(dān)余量的去除：用第一把鏜刀先鏜去5～6mm的余量，再用第二把鏜刀鏜去剩余余量，最后用倒角刀加工4×30°的倒角，但其中任何兩把刀都不得同時(shí)工作。采用該方案雖然可降低切削力，但鏜桿長(zhǎng)度增加了兩倍，造成鏜桿剛性不足；同時(shí)單件加工工時(shí)也增加了一倍，保證不了生產(chǎn)節(jié)拍。
安排兩臺(tái)機(jī)床，即增加一臺(tái)半精鏜床來(lái)分擔(dān)余量的精加工。該方案雖可解決問(wèn)題，但工件加工成本太高。
此外，由于工件為鑄鋼件，其切屑呈連續(xù)狀，因此加工過(guò)程中的排屑也是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。而采用鏜孔工藝，鏜桿與工件孔壁間的空間很小，在臥式鏜床上加工時(shí)切屑易堵塞在鏜刀切削刃附近，所以經(jīng)常出現(xiàn)打刀現(xiàn)象。
3 擴(kuò)孔工藝
由于擴(kuò)孔鉆在鉆削時(shí)是四個(gè)齒同時(shí)參加切削，切削過(guò)程中其切削力可相互平衡，在相同的切削進(jìn)給量下，擴(kuò)孔鉆每齒的切削余量是鏜刀的四分之一，每齒切削負(fù)荷大大降低；擴(kuò)孔鉆的整體剛性遠(yuǎn)大于鏜刀，刀具的耐用度也大大提高；此外，擴(kuò)孔鉆帶有螺旋槽，有足夠的容屑空間，加工過(guò)程中切屑能順利沿螺旋槽排出，可滿足工件加工精度和表面粗糙度要求。因此，在相同的加工余量下，只要機(jī)床的剛性有保證，采用擴(kuò)孔工藝的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鏜孔的效率。
擴(kuò)孔鉆設(shè)計(jì)
擴(kuò)孔鉆的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
擴(kuò)孔鉆有整體、鑲齒、套裝等多種形式，應(yīng)根據(jù)不同使用情況進(jìn)行選擇。針對(duì)本工件的加工條件，我們選用套裝式擴(kuò)孔鉆，刀具用一個(gè)M16螺釘壓緊。該刀具具有以下優(yōu)點(diǎn)：
刀具能承受較大切削載荷。套裝擴(kuò)孔鉆采用芯軸定心，由端面承受切削載荷、鍵傳遞扭矩，因此在較大切削載荷下不會(huì)出現(xiàn)刀具打滑現(xiàn)象。
刀具長(zhǎng)度小，重量輕，制造簡(jiǎn)便。
刀具易于調(diào)整，裝卸方便。
擴(kuò)孔鉆的切削參數(shù)選擇
考慮到鑄件孔偏心嚴(yán)重，其單邊的加工余量大于工藝要求的加工余量，因此選用刀片寬度大的車刀刀片，擴(kuò)孔鉆端面上開(kāi)有端面刃和切削倒角刃。倒角刃起主要切削作用，切去大部分余量；端面刃起輔助切削作用，分擔(dān)孔偏心造成的余量(最大達(dá)9mm)。由于主切削刃的幾何參數(shù)、刀體容屑槽尺寸等都會(huì)影響被加工孔的精度和表面質(zhì)量，因此應(yīng)慎重選擇。
主偏角。
主切削刃偏角應(yīng)根據(jù)工件的切削性能來(lái)定。主切削刃偏角的大小，不但影響切削層的厚度，也影響擴(kuò)孔時(shí)的切削穩(wěn)定性和孔的直線度。加大主切削刃偏角，使孔的直線度變好，對(duì)預(yù)制孔的直線度有校正作用，但隨著主切削刃偏角的增大，切削厚度隨之增大，切削刃入孔時(shí)的導(dǎo)向性和穩(wěn)定性將變差。所以，擴(kuò)孔時(shí)一般采用較大的主切削刃偏角。
前角
由于工件材料為灰鑄鐵，刀具取0°前角，既便于刀具制造，又能增強(qiáng)切削刃剛性和切削刃的容熱性能，可顯著提高刀具壽命。
后角
刀具的后角主要應(yīng)滿足減小后刀面與已加工表面摩擦的要求。取12°后角，既能保證切削刃的鋒利，又可滿足切削刃的強(qiáng)度要求。
螺旋角和容屑槽
為了校正預(yù)制孔的不精確度以得到精確的孔徑，擴(kuò)孔鉆的螺旋角不能太大，取10°。考慮到容屑和排屑的需要，鉆頭上除了開(kāi)有螺旋槽外，在刀具端面上還開(kāi)有倒角刃容屑槽和端面刃容屑槽，以保證足夠的容屑空間，避免因切屑堵塞而打刀。
切削用量的選擇
切削用量對(duì)切削加工效率、刀具耐用度、加工質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生影響。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，確定轉(zhuǎn)速n=200r /min；切削深度ap根據(jù)加工余量確定，要求一次走刀切除全部余量，根據(jù)最大單邊余量選ap=9mm；由于工件底孔為鑄造孔，有硬皮、夾砂等缺陷，同時(shí)工件加工余量大且余量不均勻，為減小沖擊和熱應(yīng)力，選用較低切削速度，取v=37.5m/min；綜合工件材料、工件直徑、刀具剛性等因素，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取進(jìn)給量f=0.4mm/r。
加工效果
在選擇擴(kuò)孔工藝加工上述工件的試驗(yàn)中，由于工藝方案選擇正確，在工件的調(diào)試切削中，機(jī)床運(yùn)行平穩(wěn)，完全避免了主軸的震動(dòng)，使得機(jī)床的現(xiàn)有剛性和強(qiáng)度完全滿足工件的加工工藝要求。雖然鑄造孔偏孔嚴(yán)重，但擴(kuò)孔鉆切削輕快，切屑排出流暢，孔的加工表面粗糙度和精度均達(dá)到要求，且使用中產(chǎn)品質(zhì)量一直很穩(wěn)定，機(jī)床調(diào)試驗(yàn)收一次成功，完全達(dá)到預(yù)期的效果。
