深孔內(nèi)球面車削加工

    工件如圖1所示，材料為1Cr18Ni9Ti，焊接結(jié)構(gòu)件。工件材料強(qiáng)度雖然不高，但塑性和韌性大，切削加工性差，加工硬化趨勢強(qiáng)烈，切削負(fù)荷大，導(dǎo)熱性差，加工時(shí)熱量易集中在切削刃上，產(chǎn)生積屑瘤，使刀具磨損加劇。加工的主要難點(diǎn)是工件精度要求高，薄壁，剛性差，容易引起裝夾變形。工件孔深且為盲孔，孔底部為球面，刀桿細(xì)長，車削時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)。加工質(zhì)量不易保證。
工藝分析
    工件原來是在數(shù)控車床上加工，精加工時(shí)要求一次完成內(nèi)孔及內(nèi)球面的車削，在加工過程中不允許換刀。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)，刀桿直徑只能做到f60mm。由于刀桿細(xì)長，剛性不足，強(qiáng)度低，在加工中刀桿產(chǎn)生振動(dòng)較大，產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，并使孔壁的粗糙度值增大，不但生產(chǎn)效率低，而且加工質(zhì)量難以保證。
    如果將刀桿直徑增大，則在加工內(nèi)孔時(shí)，刀桿與孔壁間隙太小，引起排屑不暢，造成堵塞，冷卻潤滑液進(jìn)入困難，刀具磨損加劇，從而影響加工精度。為了滿足生產(chǎn)的需要，使工件加工質(zhì)量保持穩(wěn)定，提高生產(chǎn)效率，解決數(shù)控車床加工深孔的不足，設(shè)計(jì)了一種車削深孔內(nèi)球面的專用刀具，可在普通車床上進(jìn)行深孔內(nèi)球面的加工。

圖1 工件

刀具設(shè)計(jì)
    設(shè)計(jì)專用刀具應(yīng)在能使切屑順利排出的前提下，盡量提高刀桿的強(qiáng)度和剛度，避免加工過程中刀桿的振動(dòng)，確保加工精度，并實(shí)現(xiàn)刀具的旋轉(zhuǎn)，達(dá)到車削內(nèi)球面的功能。
    按照工件的深度和內(nèi)孔直徑，根據(jù)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的原理，設(shè)計(jì)的車削深孔內(nèi)球面專用刀具如圖2所示。刀桿直徑110mm，長度約2000mm。

1.車刀 2.旋轉(zhuǎn)體 3.連桿 4.刀座 5.刀桿 6.拉桿軸
7.封板 8.定位軸、軸套、螺母、墊圈 9.銷軸
圖2

    車削深孔內(nèi)球面的專用刀具主要由刀桿、刀座、封板、拉桿軸、連桿、旋轉(zhuǎn)體等組成。刀桿、刀座、封板焊接成剛性體，拉桿軸可以在刀座與封板的內(nèi)孔中自由滑動(dòng)。拉桿軸與連桿，連桿與旋轉(zhuǎn)體通過銷軸連接，旋轉(zhuǎn)體與刀座通過定位軸、軸套進(jìn)行連接。各連接件之間均采用滑動(dòng)配合。
為避免在車削內(nèi)球面過程中，連桿機(jī)構(gòu)出現(xiàn)死點(diǎn)，在組裝專用刀具時(shí)應(yīng)將旋轉(zhuǎn)體向前偏斜一個(gè)角度。
加工方法
    工件焊接后進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力處理。經(jīng)粗車內(nèi)孔、外圓后，在工件兩端法蘭上建立找正基準(zhǔn)。為解決工件剛性差的問題，避免裝夾變形，工件通過定位工裝和中心架進(jìn)行固定。
    用卡盤將定位工裝卡住，按工件法蘭外圓配車定位止口后，利用止口定位將工件用螺栓固定在定位工裝內(nèi)，并用兩個(gè)中心架支承工件。
    將專用刀具裝在刀桿安裝座內(nèi)，利用刀桿安裝座的開口槽將專用刀具固定。并將刀桿安裝座固定在車床的刀架上。連接座固定在尾座軸的端面上，拉桿軸通過定位銷與連接座鉸接。
    車削內(nèi)球面時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)車床尾座的操作手柄，利用尾座套筒的軸向運(yùn)動(dòng)，通過固定在尾座套筒上的連接座使拉桿軸沿軸向移動(dòng)，拉桿軸推動(dòng)連桿，連桿帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)體上的車刀繞定位軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成車削深孔內(nèi)球面。加工示意見圖3。

1.機(jī)床主軸箱 2.三爪卡盤 3.定位工裝 4.固定螺栓 5.工件 6.專用刀具
7.中心架 8.刀桿安裝座 9.機(jī)床刀架 10.鏈接座 11.尾座套筒 12.機(jī)床尾座
圖3 加工示意圖

    車削時(shí)，在工件孔口進(jìn)行對(duì)刀，可以控制內(nèi)孔及內(nèi)球面的尺寸。深度尺寸是通過測量內(nèi)深并用車床大拖板的刻度值來進(jìn)行控制。
    冷卻潤滑液采用硫化切削液。冷卻液的輸送管通過刀桿并固定在刀座上，使冷卻潤滑液直接從刀座噴向車刀，并將切屑從工件內(nèi)孔沖出。
    為避免切屑成帶狀纏繞在車刀上，拉傷孔壁，根據(jù)精車時(shí)的切削用量在車刀上磨出合適的斷屑槽，控制斷屑效果。
    精車時(shí)刀片材料選用YW1，主軸速度20r/min，進(jìn)給量0.15mm/r，吃刀深度0.25mm。要保持車刀鋒利，增強(qiáng)刀頭的強(qiáng)度，改善散熱條件，減小摩擦和由此而引起的加工硬化趨勢，車刀還應(yīng)具有合理的切削角度。
    加工時(shí)隨時(shí)觀察切屑的形狀和顏色，注意排屑的情況，以及加工時(shí)刀具在深孔中發(fā)出的聲響，用手觸摸刀桿觀察其振動(dòng)情況。如出現(xiàn)反�，F(xiàn)象，應(yīng)立即進(jìn)行檢查，并采取措施予以解決。
結(jié)論
    在普通車床上通過專用刀具，實(shí)現(xiàn)了深孔內(nèi)球面的車削。不僅生產(chǎn)效率高，加工成本降低，而且加工質(zhì)量可以得到保證。