小锥度深孔在普通车床上的加工

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1、摘要锥度深孔的加工是普通车床车削加工中的一个难题。文中分析比较了传统加工中存在的问题，通过设计带配重的圆锥刀杆，选择合理的刀具几何参数及切削用量，探索出在普通车床上加工锥度深孔的经济加工方法，使切削振动减小，加工成本降低，产品质量到达要求，为生产解决了加工关键问题。关键词：小锥度深孔，刀具几何参数，切削参数，配重圆锥刀杆一、概述在普通车床上加工锥度深孔的常用方法有以下三种：调整小刀架的角度，转动小刀架手轮，手动纵向进给；拆掉横刀架的横向进给丝杆，装车锥度的专用靠模；在车床上安装一套专用工装。第一种方法：进给行程只有150mm，会使长锥孔表而留下接刀痕迹，零件表面粗糙度不

2、均匀，加工效率低。第二种方法拆卸、安装、凋整时间长，且靠模长度要大于零件锥孔的长度。第三种方法适合大批量生产。某厂有一批300多件锭模钢管，材料为45钢热轧钢管，零件如图1所示。该产品加工难点：长锥孔加工，零件长度与孔径比等于10，刀杆细长，削振动大，表面粗糙度难以保证。本文主要研究如何用普通车床加工此工件，达到质量要求并降低加工成本。图1、零件图二、根据车床加工锥度的原理设计加工方案（1）车床加工锥度原理：一般工件直接装夹在主轴的卡盘上，工件的旋转轴线和主轴同轴。如果工件的旋转轴线和刀具进给方向存在夹角，工件旋转、刀具直线进给时，即可加工出锥度，该夹角即为锥度半角。（

3、2）计算锭模钢管要求的锥角只有59’25”。为了研究加工这样小锥角工件能否不要工装，我们选一台刚性好的加长C620车床做试验。在主轴孔中插入检验捧，拔出床头箱的两个定位销，拧松紧固螺钉，将床头箱绕其中点逆时针转动。经测量发现，主轴轴线最大转动可达l°30′，这说明用转动床头箱的方法可加工锥角3°以下的锥孔。选用500mm长带锥柄的圆柱形检验棒插入主轴孔内，取其490mm一段，通过主轴轴线应转过的锥度半角a计算该段两端的差值，设差值为y，则：。用百分表测量检验棒该段的两端点，缓慢地旋转床头箱，使百分表在两端点的差值为4.235mm。当百分表读数误差为0.01mm时，零件锥

4、孔两端直径相差0.033mm。拧紧紧固螺钉，再复检y值，确保锥度的准确性。加工时用三爪卡盘夹紧零件的一端，零件的另一端用中心架托住。刀杆固定在中拖板上，即可使用自动走刀加工锥孔。三、刀杆设计的试验深孔加工由于刀杆细长，刚性很差，切削振动大，容易发生让刀、扎刀，使加工难以进行。刀杆的振动是要解决的关键问题。在车床加工中有强迫振动和自激振动，前者主要是外力所致，后者因在切削过程中产生的交变力，激励工艺系统，工艺系统产生位移，再反馈给切削过程，形成自激振荡，维持振动的能量米源于机床的能量。刀杆有质量和弹性，也可用无限自由度的悬臂梁表示，其固有频率可用静刚度和重量比来描述，静刚

5、度用下式表示：K=3EI/L3式中，K：静刚度，E：材料的弹性模量；L：悬臂的长度；J：转动惯量。刀杆的振幅A与切削力F和静刚度K的关系以A=F/A表示，刚度越大切削过程越稳定，固有频率越高振动越小。切削加工系统中产生振动的因素很多，即使选择了最合适的刀杆还是不能抑制由其它振动系统引起的振动。最简易的方法就是试验法，根据上述的振动原理以及设备的具体状况进行试验，找出最佳的方案。为此，需对刀杆进行试验，对刀具几何参数及切削用量进行合理选择。3.1刀杆的材料选择使用弹性模量较大的45钢，经调质热处理HB217—255，使刀杆回复弹性变形的能力加强。3.2刀杆设计固有频率可用

6、静刚度和重量比表示，应尽可能减小悬臂端的有效重量，将前刀杆制作成圆锥形，使原来圆柱形36.5kg减至27.6kg，圆锥形的结构使刀杆具有较高的动、静刚度。对于刀杆后端部C，一般取之为零，而这样前刀杆因自重产生挠度，在静态的情况下就存在着不平衡。又采取了增设后刀杆C部且重量与刀杆前部等重的设计，如图2。图2刀杆3.3装刀槽的设计装刀槽有两种形式，在刀杆端部开槽或距端部约20mm处开一个方孔，前者可提高刀具和刀杆的连接刚度，并能减小刀杆长度，增加前刀杆静刚度。所以装刀槽设计为在刀杆端部开槽，槽上方用2个螺栓在车刀正面上定位。装刀槽的位置如图2所示，使刀具安装后，刀尖略高于工

7、件轴心线。但当刀尖高于轴心线0.1mm时，就可能引起车削振动及在加工表面上产生双曲线误差。3.4刀杆与车床的连接长刀杆的装夹通常是利用刀杆夹持器连接，现改用在圆柱形刀杆上铣削一个200*50mm长的底平面，拆除小滑板和尾座，在中拖板上加一个使刀杆轴线与主轴轴线等高的垫铁，用4个螺栓将刀杆和垫铁直接固定中拖板的圆槽内，减少一个振动环节，提高了刀杆与车床连接的刚度。3.5切削试验（1）工件一端用三爪自动定心卡盘夹住，另一端装上锥堵，用顶尖顶起，在距卡盘一端50mm处，加工一段40mm长的外圆，见光即可。调头装夹，在已加工的外圆处用中心架托起。