扁鉆裝置及其應(yīng)用

福建南電股份有限公司 （南平 353001） 應(yīng)恒晶

我公司的中、小型水輪發(fā)電機(jī)主軸的生產(chǎn)類型屬單件、小批量生產(chǎn)，安排在臥式車床上進(jìn)行機(jī)械加工。有幾種規(guī)格主軸的一端，需鉆一個與主軸線重合的引出線孔（圓柱盲孔），其直徑在36～80mm，深度在600～1 600mm，是長徑比為13～26的中等深孔。這一深孔的鉆削是主軸機(jī)械加工中的一個難題。

我們對不同結(jié)構(gòu)的外排屑和內(nèi)排屑深孔鉆進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果分析后，決定在臥式車床上設(shè)置一套扁鉆裝置來鉆這一深孔，它具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便等特點(diǎn)。如圖1所示，扁鉆裝置由裝配式扁鉆、走刀機(jī)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)組成。以下分別介紹它的結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)和使用要點(diǎn)。

1.裝配式扁鉆

如圖2所示，裝配式扁鉆由扁鉆頭1和鉆桿3組成，用圓柱頭螺釘2將扁鉆頭壓緊在鉆桿的夾頭上。切削液通過鉆桿內(nèi)孔從鉆桿夾頭的兩個小孔噴向切削區(qū)域，起著冷卻和排屑作用。

圖1 扁鉆裝置

如圖3所示，扁鉆頭外形成板狀。由板狀的兩個大平面、一端面和該端面方向上的圓柱面作為定位表面與鉆桿對定，以保證扁鉆頭在鉆桿上對正對中。為夾持可靠，兩個大平面制成1∶500錐面較好。

圖2 裝配式扁鉆

圖3 扁鉆頭

扁鉆頭的切削部分由對稱分布的兩條主切削刃和兩條副切削刃構(gòu)成。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，加工鋼材?。喉斀?φ=130°；前角γo=12°；第一主后角α1=6°～8°；第二主后角α2=12°～14°；副偏角kp=2°～5°；副后角αp=7°～10°。副切削刃應(yīng)留有寬度為ba1=1.6～4mm的刃帶，鉆削時起著導(dǎo)向作用。

減小扁鉆橫刃的長度，對改善切削條件效果顯著。為此，將橫刃附近的主切削刃向鉆尖傾斜，僅保留2～5.5mm橫刃長度即可。如圖4所示。

圖4 扁鉆的橫刃和分削槽

扁鉆主切削刃較長，切屑寬度較大，排屑困難。在兩主切削刃上交錯布置了數(shù)個分屑槽，就可以將較寬的切屑分成幾條，順利排出。分屑槽間距約8mm；分屑寬度0.8～1.3mm；深度應(yīng)大于進(jìn)給量。

扁鉆頭材料選用高性能高速鋼，具有良好的綜合性能，切削部分要求淬火64～66HRC，表面涂層NAlTi。

鉆桿由夾頭、桿和冷卻管接頭三件焊接而成。設(shè)計(jì)鉆桿主要是確定鉆桿的內(nèi)徑d1、外徑d0和長度L。

內(nèi)徑d1：根據(jù)切削液的壓力、流量選取。

外徑d0：所鉆孔的半徑與d0/2之差為排屑空間，鉆削所需的排屑空間與切屑寬度有關(guān)，而切屑寬度又與扁鉆分屑槽間距有密切關(guān)系。確定外徑d0的原則是在保證順利排屑的前提下取盡量大值，以獲得盡量大的鉆桿強(qiáng)度和剛度。

附表為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)供設(shè)計(jì)參考。

經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 （單位：mm）

長度L：鉆桿最小長度應(yīng)大于所鉆深孔長度、夾持長度、切入與切出長度之和。粗估鉆桿長度后還需對鉆桿進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。驗(yàn)算時，軸向載荷可借用麻花鉆軸向力計(jì)算公式，壓桿穩(wěn)定系數(shù)η取20.2。

2.走刀機(jī)構(gòu)

由于臥式車床進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械強(qiáng)度承受不了用扁鉆鉆削所產(chǎn)生的軸向力，需專門設(shè)計(jì)一套簡單的走刀機(jī)構(gòu)。如圖5所示，走刀機(jī)構(gòu)由滑板組件和后座組件兩部分組成。

圖5 走刀機(jī)構(gòu)

扁鉆7由V形塊6定位壓緊在滑板箱8上面，扁鉆軸線與車床軸線重合。走刀機(jī)構(gòu)可作三種運(yùn)動：

（1）進(jìn)給運(yùn)動 后座13由止退擋塊15和螺栓14固緊在車床導(dǎo)軌上，WB100-LD-35-550/6減速器18通過裝在后座上的蝸桿16、蝸輪17帶動絲桿11轉(zhuǎn)動，絲桿通過螺母10推動滑板12作進(jìn)給運(yùn)動。進(jìn)給量的調(diào)節(jié)是采用變頻器改變減速器電動機(jī)的電源頻率來實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的，進(jìn)給范圍為8～24mm/min。

（2）手動 后座和絲桿固定不動，在限位開關(guān)斷開（快速電動機(jī)不能轉(zhuǎn)動），齒輪副3、4嚙合狀態(tài)下?lián)u動手輪1，通過滑板箱8里的蝸桿9、蝸輪（螺母）10轉(zhuǎn)動，帶動滑板12沿車床導(dǎo)軌運(yùn)動。

（3）快速移動 后座和絲桿固定不動，將手輪1向外拉出，使齒輪副3、4脫離嚙合且擋塊2壓住限位開關(guān)（見圖6），按下快速電動機(jī)起動按扭，電源通過限位開關(guān)接通Y7124-4快速電動機(jī)5，電動機(jī)帶動滑板箱8里的蝸桿9、蝸輪（螺母）10轉(zhuǎn)動，使滑板作600mm/min的快速移動。

圖6 走刀機(jī)構(gòu)

滑板12用45鋼板制作，其軌道用灰鑄鐵HT200制作，很容易地在車床導(dǎo)軌上直接裝配成滑板組件。絲桿為T55×8，其長度除滿足鉆孔深度需要外，也必須經(jīng)壓桿穩(wěn)定性校核合格方可。整個走刀機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，重量不大，電氣、冷卻系統(tǒng)接頭都采用快換接頭，在車床上裝、卸很方便。

3.冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)的作用有兩方面，一是潤滑和冷卻扁鉆的切削區(qū)域，二是排屑。經(jīng)驗(yàn)估算系統(tǒng)壓力需要0.25～0.30MPa，流量約12.6L/min。車床自身的冷卻泵不能滿足需要，有必要設(shè)置專用的冷卻系統(tǒng)。

圖7為扁鉆冷卻系統(tǒng)原理圖。選用CB-B32齒輪泵，Y-63溢流閥，泵站到鉆桿的管路用高壓軟管聯(lián)接，鉆桿與軟管聯(lián)接用快換接頭，水箱容積為350L。

圖7 冷卻系統(tǒng)原理圖

4.扁鉆的使用

如圖8所示，鉆頭切入前用中心架支撐鉆桿前端，打開切削液閘閥進(jìn)行預(yù)鉆，待鉆深30～50mm后可卸去中心架繼續(xù)鉆削。需退刀時，先停止進(jìn)給，車床空轉(zhuǎn)3～5轉(zhuǎn)后，手動退刀，待鉆頭脫離加工表面后再快速退出。在鉆削過程中，應(yīng)注意觀察，適量調(diào)節(jié)切削液流量。

圖8 主軸軸端深孔鉆削

圖8為在MAZAK34臥式車床上鉆水輪發(fā)電機(jī)主軸引出線孔。工件材料為45鋼；孔徑50mm；孔深1 300mm。車床轉(zhuǎn)速105r/min；走刀量0.18mm/r。切削液壓力2.5MPa；額定流量32L/min。機(jī)動時間僅用69min，比以前采用接長的麻花鉆頭鉆削提高工效4倍以上，并大大減輕了勞動強(qiáng)度。