大長徑比非阻尼刀具鉆攻工藝

陳天野，張瑞臣，侯彥軍

山推工程機械股份有限公司 山東濟寧 272073

1 序言

壓路機是我公司的主要產(chǎn)品之一，主機架是壓路機整機的重要組成部分，主要起構(gòu)成框架連接其余零部件的作用，主機架的主要加工內(nèi)容為鉆孔、攻螺紋。壓路機主機架因為自身結(jié)構(gòu)的原因，發(fā)動機板位置靠下，同時加工的孔距側(cè)板位置較近，這就造成了使用數(shù)控設(shè)備加工該位置孔，主軸無法深入內(nèi)部，加工方向的長度全靠刀具保證的情況。下面以壓路機主機架的加工為例，說明大長徑比鉆攻的工藝方法。SR26和SR22作為主要的機型占比最多，因此，決定在這兩個機型的主機架上開展此課題，研究普通加長刀具鉆攻的工藝方法。SR26內(nèi)部M14螺紋孔和SR22內(nèi)部φ22mm光孔如圖1、圖2所示。

圖1 SR26內(nèi)部M14螺紋孔

圖2 SR22內(nèi)部φ22mm光孔

2 工藝改進背景

（1）生產(chǎn)現(xiàn)狀 因為受刀長限制，無法一次在數(shù)控設(shè)備上完成所有加工，改進前使用龍門加工中心打點（見圖3）、搖臂鉆鉆孔（見圖4）。開展該項目的目的是在龍門加工中心上完成一次加工。

圖3 龍門加工中心打點

圖4 搖臂鉆鉆孔

（2）改進工藝 SR26問題：主機架發(fā)動機板及部分特殊位置鉆孔、攻螺紋困難，圖5所示標(biāo)記處需將刀具加長至550mm才能完成加工。

圖5 SR26機型刀具加長

SR22問題：主機架發(fā)動機板及部分特殊位置攻螺紋困難，圖6所示標(biāo)記處需要將刀具加長至420mm才能完成加工。

圖6 SR22機型刀具加長

（3）工藝改進的難點及研究方向 因刀具過長，所以刀具廠家無法保證常規(guī)的組合刀具滿足旋轉(zhuǎn)時的搖擺精度，必須將工藝參數(shù)、加工程序、刀具結(jié)構(gòu)結(jié)合起來全面考慮。

研究方向：①研究長徑比＞20，總長在500mm左右的鉆孔工藝。②聯(lián)合刀具廠家設(shè)計帶特殊配重的超長鉆柄。③通過變徑套的使用，探索常用型號的鉆頭在壓路機主機架上及長徑比狀態(tài)下加工的工藝參數(shù)。④這種超長刀具的鉆孔對每次的鉆孔深度、斷屑時間、退回及停留時間有嚴(yán)格的要求，結(jié)合工藝參數(shù)，探索并研究專用于這種鉆孔工藝的加工程序（子程序形式）。

為解決上述問題，需要從工件材料、刀具、切削參數(shù)、工藝方法以及加工程序入手，進行全面的工藝改進。

3 改進措施

（1）工件材料分析 主機架的光孔和螺紋加工位置材質(zhì)均為Q235，硬度＜125HBW，相對較低，切屑黏性大，極易纏繞刀桿，如果斷屑不及時，切屑容易將刀具擠斷。

（2）改進刀具 因為機床主軸無法伸入主機架內(nèi)部，所以420mm和550mm的刀長全靠刀具保證。由于刀具較長，所以可能會出現(xiàn)刀具與刀庫干涉，需進行換刀試驗，而換刀試驗要在加長刀具采購之前完成，采用相似結(jié)構(gòu)刀具進行換刀試驗，如圖7所示。試驗刀具刀長600mm左右，換刀成功，因此所選特殊加長刀具可以使用。

圖7 試驗刀具

采購的刀具選型如下：加長鉆柄采用莫氏鉆柄組合加長變徑套的結(jié)構(gòu)，整體由兩部分組成，每部分一件。帶扁尾莫氏刀柄，型號：BT50-MTA3-450L，普通鉆柄L=450mm，加長鉆柄L=550mm，D=100mm，d1=30mm，如圖8、圖9所示。公司采購森泰英格加長鉆柄，如圖10所示。攻螺紋M14使用加長組合鉆柄，整個刀體由5部分（每個部分只需要1件）組成，如圖11～圖15所示。公司采用松德組合加長鉆柄，如圖16所示。

圖8 普通鉆柄

圖9 加長鉆柄

圖10 森泰英格加長鉆柄

圖11 BT50加長E接口刀柄

圖15 過載保護絲錐快換夾頭

圖16 松德組合加長鉆柄

圖12 E接口接長桿

圖13 E接口縮徑桿

圖14 鉆柄接桿

（3）加工工藝改進及切削參數(shù) 所試驗機型主機架包含的加工內(nèi)容為：鉆φ22mm光孔，需刀長470mm；鉆φ26mm光孔，需刀長430mm；鉆φ12mm螺紋底孔，需刀長520mm；攻螺紋M14，需刀長550mm。

對于這些光孔，普通的加工方法是使用CYCLE81或CYCLE83（深孔）循環(huán)加工，然后使用切削液潤滑，但是因為使用的刀具較長，繼續(xù)使用這種方法會造成刀具旋轉(zhuǎn)時偏擺，因此一定要增加刀具加工時的定心能力。

經(jīng)過工藝試驗后發(fā)現(xiàn)，鉆φ22mm、φ26mm光孔（見圖17）及φ12mm底孔（見圖18）工序需使用下方的長徑比加工方案，鉆孔前一定要打定心孔，使用φ8.5mm鉆或中心鉆打3mm深點，增加刀具定心能力。鉆孔時不要使用深孔循環(huán)CYCLE83，使用CYCLE81一鉆到底，進給量要根據(jù)加工情況調(diào)整，一般為正常進給量的30%左右，但是CYCLE81循環(huán)本身定心能力較弱，最好根據(jù)加工情況開發(fā)有重復(fù)定位功能的鉆孔循環(huán)（詳見加工改進程序）。切削參數(shù)見表1。

圖17 鉆φ22mm、φ26mm光孔

圖18 鉆φ12mm底孔

表1 切削參數(shù)

加工螺紋孔使用CYCLE84循環(huán)，一定要選斷屑模式。同時，使用氣槍吹絲錐切削位置，輔助斷屑，如圖19所示。

圖19 氣槍輔助斷屑

（4）加工程序改進 由試驗內(nèi)容得知，鉆孔時使用一刀到底的加工方式，但是使用CYCLE81循環(huán)，無法保證加長刀具的定心效果。針對上述問題，準(zhǔn)備從子程序方面解決，由于鉆孔位置偏移，說明鉆孔時需要多次定位，因此開發(fā)出定位孔加工循環(huán)程序TMK如下。

這個循環(huán)在每次進刀時會重新定位4次，保證了孔位置準(zhǔn)確。該程序中RTP表示返回平面，RFP表示加工平面，SIDS表示安全距離，DP表示最終鉆深，DPR表示相對的鉆深，RCD表示停刀退回時的角度。

該程序用法如下：將子程序TMK放入到系統(tǒng)子程序文件夾中，然后在主程序調(diào)用時，注意在程序段開頭最上方加上EXTERN TMK（REAL，REAL，REAL，REAL，REA，REAL）。

4 結(jié)束語

根據(jù)上述試驗可以看出，通過對刀具、加工參數(shù)、加工程序進行改進，解決了發(fā)動機板位置孔無法使用機床加工的問題。同時完成了對加工參數(shù)、加工程序的試驗，目標(biāo)達成，試驗報告見表2。

對于需要大長徑比刀具進行加工，同時對精度要求相對較低的孔鉆攻工序，按照表2的工藝方法，可以在不使用阻尼抗振刀具的情況下，以一種相對經(jīng)濟的加工方式完成。

表2 試驗報告