關于深孔加工裝置的研究

楊明芳

摘要：孔加工在金屬加工中占有重要地位，而深孔加工更是機械加工中難度大、技術含量高、專業性強、加工成本高的一種加工技術。本文采用新型的深孔加工裝置，通過改造普通的10M臥式車床，增加外掛設備，實現利用普通車床加工深孔，有效提高產品價值，降低對專用深孔加工機床的需求。

關鍵詞：深孔加工、普通車床、鋼管

中圖分類號：TU511文獻標識碼： A

目前在機械行業中，一些內壁精度要求高的深孔工件，如無縫鋼管，長度大約2至10m左右，內外壁的尺寸大約為φ250mm-φ500mm，孔深比較大，內外壁尺寸誤差要求在1mm以內，表面粗糙度要求達Ra12.5。這種鋼管常用制造方法有熱軋（擠壓無縫鋼管） 、冷拔（軋）無縫鋼管、精密鑄造無縫鋼管等幾種。精密鑄造因設備、工藝等限制，成本較高，在實際生產中使用受限較多。而熱軋、冷拔兩種常用制作方法，成本低，但制作出的鋼管產品形狀尺寸誤差較大，只能做為粗坯鋼管，需要對粗坯鋼管二次加工才能滿足精密鑄造鋼管的精度要求。

這種粗坯鋼管外徑及長度加工均較簡單，難度在內徑加工。由于深孔內徑加工行程長，相應地伸入孔內的刀桿也較長，刀桿剛度不夠，當刀具加工到局部的突起時，就容易引發刀桿的跳動，進而影響刀具的加工精度。

近年來，隨著機械行業的發展，對精密鑄造無縫鋼管的需求量在不斷增加。但傳統精密鑄造無法滿足現代生產對降低成本的要求，因此我們就必須考慮通過簡單方法加工粗坯鋼管，使其能達到精密鑄造鋼管使用要求。

目前現有技術在進行深孔加工時，多借助專業深孔鉆床或深孔鏜床。對專用設備依賴性強，加工難度大。而且深孔鉆受鉆床刀具限制，加工孔直徑較小，鏜床鏜桿長度有限，對零件孔深比有一定要求。對于類似長鋼管的工件，以上兩種機床均無法滿足使用。

本文中所介紹深孔加工裝置正是為了滿足此項需要而設計，將毛坯鋼管加工為精密鑄造鋼管。

1、基本結構介紹

本裝置是一種能使刀桿跳動較小的深孔加工裝置（見圖1）。

圖1 基本結構圖

該裝置主要是通過改造10M臥式車床，增加外掛部件來實現。其主要組成包括10M車床、刀桿、刀頭部件、刀桿支撐架、冷卻水槽等部件組成。其中刀頭部件還包括刀具、刀頭、噴嘴、橡膠塊、稱套等。

刀頭部件和刀桿一端固定連接，刀桿固定在走刀架上，刀頭沿徑向等距地開有若干個刀槽，每個刀槽內固定有刀具。走刀架帶動刀桿、刀頭部件做進給運動。

工件一端固定在車床三爪卡盤，另一處由托輪架支撐，通過機床爪盤旋轉帶動工件做旋轉運動。與刀頭部件進給運動配合，完成工件內孔加工。

該裝置還包括導向機構和水冷機構。導向機構由固定導向套、膠木塊以及刀桿支撐架組成。固定導向套套裝在刀桿頭部，固定導向套遠離刀頭側的端面靠緊刀桿外周的階梯面，固定導向套外周面等距地開有若干個凸臺，每個凸臺中央沿軸向開有一個凹槽，每個凹槽內通過間隙配合方式安裝有膠木塊，膠木塊的頂面靠近工件深孔的內壁。刀桿支撐架固定在機床尾部，刀桿與支撐架通過稱套、滑動軸承連接，具有導向作用同時不影響刀桿的進給運動。

水冷裝置由刀桿、噴嘴、水槽、抽水泵等組成，刀頭中部外周面沿徑向開有豎孔，與刀桿中心的通孔聯通，豎孔內安裝的噴嘴，通過水泵將水槽中的水抽到刀桿中，形成水路。噴嘴噴水一方面冷卻刀具，另一方面外排的水能將工件內的切削鐵屑帶出。

2、加工情況分析

長鋼管外徑及總長加工均較簡單，難度在內徑加工。內徑加工行程長、刀具跳動問題嚴重，加工時需重點考慮此兩點。

圖2鋼管加工圖紙

刀桿強度直接影響刀具跳動情況，軸類刀桿強度一般大于鋼管類刀桿，但軸類刀桿重量較大，不利于走刀架運動，本次選用45#鋼管。因刀桿長度達10m，為增加其工作狀態穩定性，在刀桿前段加固導向套，后端以襯套固定，通過壓板、刀桿支撐架與機床固定(見圖1)。刀頭制作時采用雙刀具（也可采用四刀頭，根據切削量及機床情況可自行選用），加工時刀頭對稱位固定刀具，同時受力切屑，相互抵消減少跳動。膠木塊的目的也在于此，四塊膠木塊與工件內壁的軟接觸減少刀頭的跳動空間。當某個刀具加工到突起的硬部時，該刀具所受到的擠壓力也可以由其它刀具分擔，不會像在只安裝一個刀具的情況下完全由刀桿支撐。而且即使刀桿發生跳動，有彈性的膠木塊也可以支撐刀桿擠壓力，輔助支撐迅速減少刀桿的跳動幅度，消除刀桿的跳動。

深孔加工時，當深度達到一定程度時，刀頭部件所在空間幾乎相當于一個密閉的環境，散熱困難，因此需要對刀具進行冷卻。在機床上增加外掛導水槽、水箱，用小水泵將水通過刀桿、噴嘴直送刀頭，切削同時冷卻刀具，滿足切屑冷卻需要。另外冷卻水除了冷卻刀具和工件，還能攜帶加工后掉落在深孔內的鐵屑到外界。

在實際加工過程中，還需，合理選用切屑量，切屑量過大會導致機床穩定性下降，加工質量也會大大下將。同時，根據實際情況，膠木塊厚度，壓板、刀座松緊度等都需要調節，合理使用才能保證加工合理順暢進行。

另外對于孔深比比較小的工件，可以直接選用稍短一些的刀桿，取消車床尾部刀桿支撐架即可滿足使用要求。

3、實際使用效果

車床在改造之后，增加外掛部件，加工后的鋼管尺寸，經測量，工件內孔尺寸誤差在±0.5mm以內，表面光潔度達Ra12.5以上。

同樣在不使用膠木塊、多頭刀具以及刀桿支撐架的情況下，加工后工件內孔尺寸誤差均超過±1mm，靠近車床三抓卡盤處誤差高達±3mm，內孔不圓度誤差也相應增大。同時，當在加工過程中需要更換刀具時，前后兩次加工面存在明顯接刀痕跡（形成階梯面）嚴重影響鋼管使用。而使用普通刀桿基本無法完成鋼管深孔加工。

通過使用前后工件的加工情況對比，改用深孔加工裝置之后，在完成鋼管加工需求同時，鋼管各項尺寸數據均滿足設計要求，鋼管外形尺寸質量大大提高，可以滿足甚至超過精密鑄造要求。通過簡單加工將毛坯鋼管轉化為精密鋼管，產品價值大大提高。該深孔加工裝置及設備改造過程可以成功推廣應用。

4、應用前景

以上裝置設計應用均是針對長鋼管深孔加工進行。但是，對于同類型深孔結構（如階梯孔等），也可采用此裝置加工。管類零件、軸類零件以及其他可利用車床加工零件，均可改裝利用此深孔裝置加工其內孔。

改造過程中的所有外掛部件拆卸簡單、方便。本次生產之后，拆下外掛部件，機床可回復原始狀態使用，不損害機床。再次加工類似產品時，安裝該深孔加工裝置即可使用。極大地增加普通車床加工使用范圍，降低對專用特種機床的需求。如有特殊要求零件加工，可以將冷卻水更換為相應冷卻液，改進冷卻水循環水道等即可滿足使用。

通過該深孔加工裝置的應用，一方面可以極大提高產品價值，將毛坯鋼管轉化為精密鋼管，另一方面擴大普通車床加工范圍，減少對專用機床的依賴，減輕企業機床成本負擔。有利于更好更有效擴大生產，提高效率。

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