動力頭鉆深孔避免鉆頭折斷的措施

靳文昌

(吉林市昌邑區(qū)，吉林 吉林 132001)

鉆孔的長徑比超過10∶1 一般就為深孔。目前鉆削深孔的方法有如下兩種:一種是采用槍鉆切削的深孔鉆床，即選用高轉(zhuǎn)速、小進(jìn)給量，從鉆具槍孔加高壓冷卻液的辦法切削。這種深孔鉆床的精度要求高，槍鉆的加工制造難度大，特別是小直徑槍鉆制造難度更大，成本也高，因此大大地提高了零件的制造成本。二是采用傳統(tǒng)的深孔動力頭，再配合其他組合機(jī)床部件進(jìn)行深孔的切削加工。這種深孔動力頭是采用機(jī)械結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)往復(fù)進(jìn)退刀，以排出切屑，效率低，而且由于多種不確定的因素，也經(jīng)常造成鉆頭的折斷，鉆頭一折斷加工的工件隨之報廢，因此生產(chǎn)成本也比較高，而且很難實(shí)現(xiàn)自動切削。

1 鉆頭折斷原因分析

對用動力頭鉆深孔時，鉆頭折斷的原因可歸納為以下4 點(diǎn):

(1)在鉆削過程中，鉆削頭在從快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的瞬間鉆頭接觸工件時發(fā)生與工件撞擊造成鉆頭折斷。

(2)由于工件在調(diào)質(zhì)處理過程中，材料的內(nèi)部硬度不均，使鉆頭切削時突然切削力增大造成鉆頭折斷。

(3)在鉆孔的過程中，切下的切屑不斷增加，造成切屑對孔壁的摩擦增大而排屑不暢的瞬間，使鉆頭承受的切削扭矩超過鉆頭的承載能力使鉆頭折斷。

(4)孔越鉆越深，冷卻液無法進(jìn)入到鉆頭的切削部位，因此造成切削部位溫度過高，局部產(chǎn)生積屑瘤，使切削力增大，造成鉆頭折斷。

要使在鉆削深孔的過程中，不發(fā)生鉆頭折斷的情況，并且又能保證鉆削效率最高，采取以下措施。

2 避免鉆頭折斷措施

2.1 增設(shè)阻尼柱塞油缸

將阻尼油缸安裝在帶有夾緊工件機(jī)構(gòu)的冷卻水箱的下部，具體位置見圖1。

當(dāng)鉆削動力頭快速接近工件時，首先要壓上阻尼油缸的柱塞頭，此時鉆頭尖部距離工件還有0.5～0.8 mm的距離，因此不會發(fā)生鉆頭撞上工件的情況。當(dāng)阻尼油缸的柱塞頭與鉆削動力頭的擋鐵相撞時，阻尼油缸的進(jìn)油口是關(guān)閉狀態(tài)，因此鉆削動力頭被阻，不能向前移動;但在動力頭繼續(xù)向前施壓下，阻尼油缸柱塞被壓緊，阻尼系統(tǒng)的油壓升高，當(dāng)達(dá)到壓力繼電器預(yù)先調(diào)定的壓力值時，壓力繼電器的常開觸點(diǎn)閉合使相應(yīng)的電磁閥動作，這時阻尼油缸的油液才能經(jīng)過一個帶溫度補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速閥向油箱慢慢泄回，鉆孔動力頭才能穩(wěn)定而慢速地向前進(jìn)給，鉆頭的進(jìn)給量是靠調(diào)整調(diào)速閥來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)鉆削動力頭工進(jìn)過程中，控制系統(tǒng)接收到鉆頭承載扭矩過大的反饋指令時，鉆削頭就要快速返回，與此同時，阻尼系統(tǒng)的油液經(jīng)電磁閥控制向阻尼缸進(jìn)油，使阻尼柱塞向前伸出0.5～0.8 mm，以保證下次鉆削動力頭快進(jìn)時，不會發(fā)生鉆頭與工件相撞，保證鉆頭不折斷。

在保證鉆頭不折斷的前提下，為了發(fā)揮最大的切削效率，阻尼柱塞向前伸出的量，可以根據(jù)加工的具體情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。當(dāng)鉆削頭快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，然后壓下終點(diǎn)開關(guān)，切削行程結(jié)束，鉆削頭快速返回原位，此時阻尼油缸進(jìn)油使阻尼柱塞全部伸出，以備下一個工作循環(huán)。

2.2 安裝扭矩傳感器

要保證鉆頭不折斷，充分發(fā)揮機(jī)床的切削效率，就必須做到在切削的過程中，對鉆頭所承載的扭矩力進(jìn)行隨時檢測，并能隨時顯示，當(dāng)鉆頭所承載的扭矩力達(dá)到預(yù)置值時，顯示儀表輸出一個電信號，使鉆削動力頭快速返回原位，以排除切屑并用冷卻液對鉆頭進(jìn)行清理。

扭矩預(yù)置值的設(shè)定要根據(jù)鉆頭的直徑和所加工的工件經(jīng)試驗(yàn)確定。一般直徑10 mm 以下的鉆頭可以通過鉆頭折斷時的扭矩值的3/5～1/3 設(shè)定。

為了達(dá)到隨時檢測鉆頭扭矩的目的，在機(jī)床冷卻箱上前夾具的位置安裝一套扭矩傳感器(傳感器的參數(shù)可按加工直徑來確定)。

工件夾緊采用液壓夾緊的方式，夾具是浮動的，前夾具上安裝一個測力桿，用來傳遞扭矩給扭矩傳感器。

2.3 工件浸在冷卻箱中加工

深孔鉆削過程中，冷卻是非常關(guān)鍵的。機(jī)床設(shè)計上采用將工件夾緊在冷卻箱中，使工件在鉆削的過程中始終是浸在冷卻液中，而且前夾具上還開有導(dǎo)流槽，當(dāng)鉆頭快退排屑時，冷卻液還能自動流入孔中，切削溫度自然就不會升高。同時為了清除鉆具上的切屑，還設(shè)計了冷卻液噴嘴，用來將快速返回時鉆頭上的切屑清除干凈。

當(dāng)工件夾緊后，按下“工作”按鈕鉆削動力頭電動機(jī)啟動，同時冷卻泵也啟動，此時冷卻液向冷卻箱注入，將夾具及工件浸在冷卻液中。

當(dāng)工件鉆削結(jié)束后，鉆削動力頭壓下終點(diǎn)開關(guān)，冷卻箱出水口打開將冷卻液放出，工件露出水面，以便于取、放工件。

2.4 機(jī)床采用PLC 控制

為了提高機(jī)床效率，降低機(jī)床故障率，機(jī)床采用PLC(可編程序控制器)控制，所有機(jī)床手動、自動程序都由PLC 編程實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語

實(shí)踐證明由于采用了安裝阻尼油缸、扭矩傳感器、浸在冷卻箱中加工、PLC 控制等措施，機(jī)床實(shí)現(xiàn)了快速、高效、穩(wěn)定的工作循環(huán)，再未發(fā)生過鉆頭折斷的故障。機(jī)床實(shí)際加工的工件為空調(diào)壓縮機(jī)曲軸，孔徑Φ4.5 mm，孔深142 mm(盲孔)，長深徑比為31.5∶1，工件材質(zhì)為20CrMo，使用普通加長高速鋼麻花鉆頭，加工節(jié)拍為1.44 min/件。

如果在機(jī)床上設(shè)計安裝一套步進(jìn)式上、下料裝置和工件占位開關(guān)，機(jī)床完全可以安裝在自動生產(chǎn)線上，實(shí)現(xiàn)全自動切削。