高精度深孔鉆床結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新研究

劉文英，王芳，王學(xué)宇，李猛，田云，何春元

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)核電泵業(yè)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110869）

軸封主泵螺栓在把合時(shí)，需要將電熱棒插入主螺栓內(nèi)孔加熱，使其伸長(zhǎng)，以一定的拉伸量來(lái)提供一種預(yù)緊力，以滿足其安全性及可靠性的要求。其主螺栓深孔的加工要求極為嚴(yán)格，其加工長(zhǎng)徑比達(dá)到63倍，加工直徑為16～22mm，深1200mm，且為盲孔，孔內(nèi)表面粗糙度要求達(dá)到Ra3.2，孔的位置度對(duì)基準(zhǔn)外圓有位置度要求為2mm。傳統(tǒng)的深孔鉆床通常都是鉆通孔，裝夾不精確，排屑較為方便，刀具采用2個(gè)支撐套，工件裝夾采用夾一端、支撐另一端的方法。潤(rùn)滑系統(tǒng)采用常壓力潤(rùn)滑，鉆出的孔表面粗糙度為Ra25，孔的直線度通常在5mm左右，并且內(nèi)孔表面常常有切屑劃傷的痕跡，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到表面粗糙度Ra3.2的要求，且直線度達(dá)不到要求。針對(duì)現(xiàn)有條件無(wú)法滿足軸封主泵主螺栓深孔加工的要求，對(duì)深孔鉆床結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新研究，采用特殊裝夾及排屑的油壓系統(tǒng)高精度深孔鉆床，避免了以上各種弊端的發(fā)生?，F(xiàn)從該高精度深孔鉆床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)、可達(dá)性能指標(biāo)等幾方面進(jìn)行闡述。

1 深孔鉆床及其加工特性的簡(jiǎn)介

深孔鉆床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體、綜合自動(dòng)化度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。我國(guó)傳統(tǒng)的深孔鉆床及深孔鉆床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型的箱體類和軸類零件，完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔。深孔鉆床的分類繁多，有大型深孔鉆床和小型深孔鉆床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)的深孔鉆床等。深孔鉆床是刀具工作部分大都處于已加工表面的包圍之中，因此，存在刀具的剛度、排屑、導(dǎo)向及冷卻潤(rùn)滑等問(wèn)題。深孔鉆床的鉆頭剛性差，鉆孔時(shí)極易“引偏”，這是因?yàn)殂@頭的直徑受到加工孔的限制，且鉆頭一般較長(zhǎng)，同時(shí)，又要求在鉆頭上有盡可能大的容屑槽以利排屑，使得鉆芯變細(xì)，因而剛性較差。由于鉆頭的剛性及導(dǎo)向性（鉆孔時(shí)，鉆頭僅有2條很窄的棱邊與孔壁接觸）均較差，2個(gè)主切削刃又很難磨得對(duì)稱，徑向力不能互相抵消，而且鉆孔時(shí)，首先與加工表面接觸的是鉆頭且具有很大的負(fù)前角的橫刃，使鉆頭進(jìn)入切削很困難，因此，鉆孔時(shí)鉆頭極易發(fā)生“引偏”，致使所鉆孔的軸線歪斜或孔徑擴(kuò)大、不圓等。

2 深孔鉆床的結(jié)構(gòu)及工作原理

深孔鉆床加工設(shè)備包括電機(jī)A、槍鉆、操作站、支撐架A、導(dǎo)向箱、從動(dòng)卡盤(pán)、工件、主動(dòng)夾盤(pán)、床身、接屑車、排屑器、郵箱、油冷機(jī)、電柜、絲杠A、電機(jī)B、電機(jī)C、吸油過(guò)濾器、電機(jī)D、電機(jī)E、電機(jī)F、支撐架B、絲杠B，如圖1所示。

圖1 深孔鉆床的結(jié)構(gòu)示意圖

其工作原理為：電機(jī)A帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，電機(jī)F帶動(dòng)床頭（包括電機(jī)A和刀具沿絲杠B前后運(yùn)動(dòng)，電機(jī)D帶動(dòng)排屑器運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)C帶動(dòng)定量葉片泵）循環(huán)高壓深孔鉆切削油，電機(jī)B帶動(dòng)主動(dòng)夾盤(pán)及工件沿絲杠B前后運(yùn)動(dòng)，電機(jī)E帶動(dòng)主動(dòng)夾盤(pán)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。

3 高精度深孔鉆床的創(chuàng)新性

3.1 深孔鉆頭直線度的保證

高精度深孔鉆床鉆頭采用支撐架A、導(dǎo)向箱、支撐架B的三重支撐方式對(duì)深孔鉆頭進(jìn)行支撐，2個(gè)為薄壁式支撐，第3個(gè)支撐為箱式，在篤定刀具的同時(shí)，具有排屑的功能。根據(jù)刀具長(zhǎng)度，這3個(gè)支撐裝置可沿設(shè)備導(dǎo)軌滑動(dòng)，這就保證了很長(zhǎng)的深孔鉆頭中心在一個(gè)直線上，可保證鉆孔的直線度，設(shè)計(jì)最長(zhǎng)允許使用3000mm長(zhǎng)的深孔鉆頭，在允許范圍內(nèi)進(jìn)行加工，均可保證深孔的直線度要求。

3.2 解決深孔鉆頭的刀尖振動(dòng)問(wèn)題

高精度深孔鉆床支撐架A、導(dǎo)向箱、支撐架B采用聚氨酯材料做為支撐架定位刀具的軸套，聚氨酯材料有非常好的彈性，可以吸收刀具在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，以達(dá)到長(zhǎng)深孔鉆頭刀尖減振的效果，可以很好的防止深孔內(nèi)壁產(chǎn)生的振紋，如圖2所示。

圖2 定位刀具軸套及結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 工件直線度的保證

傳統(tǒng)深孔鉆床的裝夾是夾一端，支撐另一端外圓，打表找正之后進(jìn)行鉆深孔切削，高精度深孔鉆床采用從動(dòng)卡盤(pán)、主動(dòng)夾盤(pán)2個(gè)夾盤(pán)裝夾工件的兩端，由設(shè)備的精度保證工件在設(shè)備上與主軸的同心度。裝夾時(shí)要求在鉆孔前，工件兩端的外圓加工好，且保證精度，將加工好外圓工件兩端直接裝夾就可以進(jìn)行鉆孔工序。裝夾方便，省時(shí)省力。所鉆出的孔的軸心與兩夾盤(pán)基準(zhǔn)確定的軸心在同一條直線上。

3.4 磁性排屑器

傳統(tǒng)的深孔鉆床一般都是加工深孔，排屑方便，考慮高精度深孔鉆床加工深盲孔，在結(jié)構(gòu)上設(shè)有磁性排屑器，磁性排屑器在電機(jī)D的帶動(dòng)下，將鉆削過(guò)程中的切削帶出，避免影響工件的加工及產(chǎn)生的劃痕。

3.5 高壓切削液冷卻系統(tǒng)

高壓切削液冷卻系統(tǒng)是保證加工內(nèi)孔質(zhì)量的關(guān)鍵。鉆不同孔徑時(shí)，調(diào)節(jié)該系統(tǒng)保證切削液所需的流量和壓力。電機(jī)C帶動(dòng)定量葉片泵循環(huán)用切削油進(jìn)行冷卻，具體為：將切削油通過(guò)深孔鉆中心孔高壓注入鉆頭頭部，在鉆頭切削時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，切削在高壓力油的作用下，深孔鉆頭外側(cè)的排屑槽進(jìn)入到導(dǎo)向箱中，通過(guò)導(dǎo)向箱傳入到習(xí)性排屑器的導(dǎo)軌上，將鐵屑送入接屑車中，切削油通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)回至油箱中。油冷機(jī)專門為油箱中的切削油循環(huán)制冷。油壓的大小直接影響切屑的排出，油壓小，孔內(nèi)積存的切屑會(huì)劃傷工件內(nèi)壁，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致鉆頭在孔內(nèi)卡死，該高精度深孔鉆床采用的高壓切削液冷卻系統(tǒng)避免了該類問(wèn)題的發(fā)生。

4 高精度深孔鉆床的優(yōu)點(diǎn)及其先進(jìn)性

（1）實(shí)現(xiàn)快速裝卡，不用找正，只要在上道工序加工好螺栓類外圓即可。

（2）應(yīng)用高壓切削液冷卻系統(tǒng)能將切屑快速地排出，以免切屑劃傷加工表面。

（3）刀具的特殊裝卡解決了特殊長(zhǎng)刀桿振動(dòng)的問(wèn)題。

（4）采用三重支撐方式，對(duì)深孔鉆進(jìn)行支撐，根據(jù)刀具長(zhǎng)度，這3個(gè)支撐裝置可沿設(shè)備導(dǎo)軌滑動(dòng)。這就保證了很長(zhǎng)的深孔鉆頭中心在一個(gè)直線上，保證了長(zhǎng)深孔鉆頭的直線度。

（5）鉆頭在三重支撐處的軸套采用聚氨脂材料，解決了刀尖的振動(dòng)問(wèn)題，聚氨脂材料有非常好的彈性，可以吸收刀具在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，有很好的減振效果，這種設(shè)計(jì)很好的防止了深孔內(nèi)壁產(chǎn)生的振紋。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)備的創(chuàng)新性在于刀具的特殊裝夾系統(tǒng)，工件的特殊裝夾系統(tǒng)、磁性排屑系統(tǒng)及高壓切削液冷卻系統(tǒng)，目前已經(jīng)完成首件及首批的工藝驗(yàn)證，零件完全符合標(biāo)準(zhǔn)及圖紙要求，現(xiàn)已成為核主泵中主螺栓深孔加工的關(guān)鍵設(shè)備，主螺栓深孔的直線度、粗糙度及深孔尺寸均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其高性能、高效率的加工精度提高了公司加工制造、技術(shù)創(chuàng)新的能力，增加了公司高新技術(shù)掌握的新亮點(diǎn)，為公司儲(chǔ)備了重要的單元技術(shù)，創(chuàng)造了極大的加工效益，且具有重要的社會(huì)價(jià)值。