液壓缸筒深孔加工系統(tǒng)和使用刀具的實踐

湖北工業(yè)大學(xué)機械總廠 李德新

油缸缸筒的加工是我廠產(chǎn)品的關(guān)鍵零件及關(guān)鍵工序，在發(fā)展油缸生產(chǎn)的過程中，對缸筒的深孔加工進(jìn)行了不斷地試驗和改進(jìn)，積累較成熟的技術(shù)參數(shù)，并逐步應(yīng)用到生產(chǎn)中。

深孔加工是一種高難度工藝，只能用專用刀具來保證加工質(zhì)量，但加工系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性同樣是加工質(zhì)量至關(guān)重要的因素，深孔加工的問題必需在整個系統(tǒng)環(huán)節(jié)上加以解決，才能獲得良好的加工質(zhì)量，80年代末，我廠在無專用機床及可靠系統(tǒng)的情況下，曾談判引進(jìn)西德深孔刀具，但價格昂貴，當(dāng)時經(jīng)濟(jì)條件也不允許，最后廠里只有依靠自身的力量來解決加工刀具問題，下面就幾個重要因素討論其對加工的影響。

1 工件裝夾的可靠性對加工的影響

由于缸筒受壁厚的限制，用卡盤直接裝夾，扭矩大，其夾緊力易使工件變形，因此必須設(shè)計專用夾具。我們是采用半圓環(huán)卡鍵卡入工件的環(huán)槽內(nèi)，通過壓盤以螺栓施加軸向夾緊力來傳遞扭矩，用平面接觸的磨擦力傳遞扭矩是常見形式，螺栓必須施加很大扭力，有時造成扭壞螺栓及工件打滑故障，導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p壞刀具。為了解決打滑問題，我們在夾具端面上加工出15～75°不對稱齒形，齒尖保留0.5～1mm寬，從而有效地解決了工件打滑的問題，因齒形帶來的冷卻油淺漏問題，是用設(shè)計出端面O型密封圈解決的，工件的定心有止口和錐面兩種方式，我們經(jīng)過實踐，選用了工件的外錐面定心形式，這樣不僅具有裝夾方便的優(yōu)點，而且穩(wěn)定可靠，當(dāng)工件在一次裝夾中兩端分別加工出外錐面，其同軸度是容易保證的，用主軸端夾具錐套對工件定心，能較好地保證工件回轉(zhuǎn)中心線與主軸和刀具中心線同軸，加工出的內(nèi)孔母線直線度良好，尺寸精度穩(wěn)定，我們試驗和生產(chǎn)出的產(chǎn)品，出口端壁厚差小于0.1mm，粗?jǐn)U孔的孔徑與刀具尺寸誤差在0.05mm以內(nèi)，精擴孔誤差0.015～0.03mm之內(nèi)。

由于缸筒長度常超過1m以上，工件裝夾時使近主軸端和尾部與主軸中心線同軸度良好，才能使工件加工處于穩(wěn)定可靠狀態(tài)，一般的都使用中心架扶正尾部，這種方式雖簡單，但不可靠，被扶持的外圓尺寸一般不加工，用檢查工件上母線側(cè)母線的方法檢查同軸度較困難，需要通過多個精加工的調(diào)節(jié)套反復(fù)檢查，要求工人操作水平高。經(jīng)技術(shù)人員研究，我們在 T2130深孔鉆鏜床上加工深孔時，將原機尾頂尖座改設(shè)計成大型回轉(zhuǎn)式尾頂座，從而保證了加工的穩(wěn)定性，可通用50～210缸徑的加工，該裝置的設(shè)計圖紙當(dāng)時曾引起同行業(yè)生產(chǎn)廠家的關(guān)注。

2 系統(tǒng)的三同軸及導(dǎo)向?qū)庸さ挠绊?/h2>

系統(tǒng)的三同軸是指主軸、導(dǎo)向孔與刀桿定位套的三同軸精度，三者的相對跳動應(yīng)在0.03～0.05mm以內(nèi)，超過這一指標(biāo)會引起工件出口引偏，內(nèi)孔母線不直，嚴(yán)重時可引起刀桿振動，走刀導(dǎo)向干涉，三者中主軸與導(dǎo)向孔的同軸影響最大。例如我們在前期試驗中，由于無專用導(dǎo)向裝置，當(dāng)該孔校正到與主軸跳動0.05mm以內(nèi)時，加工正常，當(dāng)該孔對扶位跳動達(dá)0.1mm或扶位中心線與主軸不同軸時，工件出口引偏超差，內(nèi)孔粗糙度嚴(yán)重下降，局部出現(xiàn)深刮削痕，嚴(yán)重時刀桿出現(xiàn)振動，刀具主后角磨損加劇，所以我們近年使用的導(dǎo)向套均設(shè)計在尾頂座內(nèi)，既能保證與主軸的同軸精度，又具有很好的剛性。由于深孔加工的刀桿過長，自身剛性差，刀桿座孔與導(dǎo)向孔同軸度誤差對加工的影響相對要小些，主要反映在走刀時刀桿因干涉變形，我們用舊機床 CW6163改造深孔專機時，刀座孔達(dá)不到精度要求，采取的補救措施是將刀桿前端 300 mm長與導(dǎo)向孔正常配合，后部直徑減小0.5mm使刀具進(jìn)入工件300mm長后，刀具已自導(dǎo)向，刀桿自動與導(dǎo)向孔關(guān)系配合關(guān)系脫離，也能很好的保證加工質(zhì)量。

由于刀桿剛性差，導(dǎo)向措施是保證加工順利進(jìn)行的必要條件，導(dǎo)向措施包括前導(dǎo)向和刀具自導(dǎo)向，無論推鏜加工或拉鏜加工，刀具進(jìn)入工件前的導(dǎo)向都是前導(dǎo)向，只不過推鏜設(shè)置在工件尾部，拉鏜設(shè)置在主軸端。前導(dǎo)向分為刀桿導(dǎo)向和刀具導(dǎo)向兩類，刀具導(dǎo)向由于無刀具與刀桿同心度誤差，具有精度高的優(yōu)點，但它需要的導(dǎo)向套的品種多，同一缸徑的不同工序也需要更換導(dǎo)向套，精密導(dǎo)向孔易被刀具劃傷，所以我們推鏜采用刀桿導(dǎo)向，一種桿徑能滿足多種缸徑的需要，拉鏜時因不能采用刀桿導(dǎo)向，而使用刀具導(dǎo)向。刀具在工件中的導(dǎo)向為自導(dǎo)向，它用刀具加工好的孔壁進(jìn)行自身導(dǎo)向。整體焊接刀具的支承塊直徑與刀具相同，其運動間隙是由工作加工區(qū)的熱膨脹和刀具加工出現(xiàn)的孔徑擴孔量提供的，具有導(dǎo)向精度高的特點，對大孔徑刀具，我們采用刀套上焊接合金支承塊方式，具有更換方便，一個刀體能適用多種缸徑和不同工序的優(yōu)點，在刀體上鍍硬鉻，精加工采用硼鑄鐵導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，避免焊接熱變型，形成了我廠特點的系列刀具。這種導(dǎo)向套的直徑比刀具直徑小0.03～0.04mm。其導(dǎo)向長度對引偏影響較大，長度應(yīng)為直徑的2.5～5倍。直徑小的取較小值，拉、鏜、浮、滾復(fù)合工具的導(dǎo)向長度取大值。

3 冷卻與排屑

深孔加工的切屑不易排出，冷卻液不易達(dá)到切屑區(qū)，是不同于其它加工的又一重要問題。為借助冷卻液排屑，冷卻液系統(tǒng)的壓力應(yīng)達(dá)到15～25kg/cm2的范圍內(nèi)，流量也遠(yuǎn)大于其它加工要求。配油方式分主軸配油和刀桿配油，推鏜使用刀桿供油，拉鏜采用主軸孔配油。為使冷卻液達(dá)到切削區(qū)和可靠排屑，我們在刀具上設(shè)計有主油孔、推屑孔和輔助油孔，主油孔靠近刀具前面與缸壁成20～30°夾角，將冷卻液噴向切削區(qū)，冷卻刀具和向前排出切屑，在刀體下部設(shè)計一推屑孔，使工件內(nèi)呈水平狀態(tài)的冷卻液流形成一個穩(wěn)定的流動方向，防止細(xì)小鐵屑流向加工面，上述2種油孔的孔徑為：6～12mm，孔太大會使出口壓力下降，噴射力降低，輔助孔的作用在于清潔已加工表面和阻止主軸孔的油液在表面反向回濺，將小鐵屑帶回已加工表面，影響刀具的自導(dǎo)向和工件表面的粗糙度；其直徑取2～3mm，在圓周上均布4～6斜孔。在加工或結(jié)構(gòu)設(shè)計上有困難時，我們采用2種方式有效地解決輔助問題。

（1）刀體上熱壓配合錐口套形成供油環(huán)節(jié)，間隙為0.5～0.8mm；

（2）鉆加工成5mm斜孔，將去掉1/4直徑的錐屑打入該孔，形成少供油孔，推浮鏜加工時，由于鐵屑很薄很輕，加工至接近出口端時，時有少量鐵屑因油液在主軸端部反向噴濺，偶有漂至切削區(qū)，使離出口端50mm范圍內(nèi)，偶爾出現(xiàn)輕微擠傷痕，解決的辦法最好用：①加工到末端時，冷卻液分流，減少流量和壓力。②主軸端部加錐形罩，使油液反射向排屑窗口。若用磁鐵吸附法，應(yīng)特別注意對主軸隔磁，防止剩磁使主軸箱內(nèi)零件加快磨損。

切削油的配比對刀具壽命有很大影響，我們的配方中主要有機油、硫化切削油、氯化石蠟等，能在磨擦面形成良好油膜，在切削熱的作用下，分解出硫化物、氯化物，起到良好的減磨作用，氯化石蠟?zāi)茉诶鋮s油稀釋降低粘度的情況下，保持較好的油膜。我們曾采用廢變壓器油過濾后作稀釋油，提高了冷卻液的潤滑性能，廢油得到了很高的利用價值。