斜孔鉆削工藝及麻花鉆結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

1 問題的提出 

我們在加工某軍工產(chǎn)品的主要零件——定板(材料45鋼，外形尺寸1005×7000×20mm)時(shí)，共需鉆削1071個(gè)φ24mm的30°斜孔，且要求孔壁表面粗糙度達(dá)到Ra6.3µm。鉆孔加工時(shí)工件厚度大于名義尺寸3mm(留作精刨余量)。當(dāng)在Z3550萬向搖臂鉆床上用標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆對定板進(jìn)行常規(guī)鉆削加工時(shí)，產(chǎn)生了以下工藝問題： 

1) 用標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頭鉆削30°斜孔時(shí)，由于鉆頭與工件之間的夾角較小，為保證加工長度，需要加長鉆桿和鉆頭，從而使鉆頭剛性降低。此外，鉆削斜孔時(shí)鉆頭在相當(dāng)長一段時(shí)間處于斷續(xù)切削狀態(tài)且徑向抗力很大，為避免崩刃，保證加工正常進(jìn)行，就必須減小切削用量，這就直接影響了加工效率和生產(chǎn)進(jìn)度。 

2) 鉆削直孔時(shí)，采用鉆擴(kuò)工藝即可穩(wěn)定達(dá)到Ra6.3µm的表面粗糙度要求。但鉆削30°斜孔時(shí)，由于受斷續(xù)切削和徑向抗力的影響，鉆頭在鉆削過程中始終存在振動，雖然采用鉆套導(dǎo)向可部分減小徑向抗力，但振動仍會加速鉆頭磨損，導(dǎo)致鉆頭外刃崩刃，嚴(yán)重影響鉆削加工的正常進(jìn)行和鉆孔質(zhì)量。

為解決上述問題，我們對斜孔鉆削工藝和用于加工的標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。 

2 鉆削工藝的改進(jìn) 

1) 將斜孔鉆削工藝由直接鉆孔改為鉆后擴(kuò)孔，即在φ24mm鉆套內(nèi)再增加一個(gè)φ21mm鉆套，先采用φ21mm鉆頭鉆孔，然后再用φ24mm鉆頭擴(kuò)孔。 

2) 為保證定板孔距的尺寸精度和提高鉆頭鉆削開始階段的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)了專用斜孔鉆模。 

3) 為消除鉆頭側(cè)尖在剛鉆透工件的瞬間所產(chǎn)生的徑向抗力，鉆削時(shí)在工件下面設(shè)置一層A3材料的工藝板。 

3 鉆頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)  

                                       (a) 

                                       (b)

                                     (c) 

                             圖1 鉆尖幾何角度的刃磨

1) 鉆型的選擇：為提高鉆頭的剛性和鉆孔精度，選用鉆芯加厚、拋物線型切削刃槽的長刃麻花鉆頭，并對鉆頭鉆尖進(jìn)行機(jī)磨，以保證兩鋒刃角度對稱，切削刃受力均勻。 

2) 鉆頭角度的刃磨：鉆孔用φ21mm鉆頭的鉆尖形式如圖1a所示。在鉆削斜孔的開始階段鉆頭處于斷續(xù)切削狀態(tài)，切削面積由小到大直至進(jìn)入連續(xù)切削狀態(tài)，該階段加工長度為48mm。在斷續(xù)切削階段，鉆頭在徑向抗力作用下，其棱邊與鉆套內(nèi)壁的摩擦力較大，為減小摩擦力，將φ21mm鉆頭鉆尖的幾何角度刃磨為群鉆型。由于鉆頭鋒角(主偏角)的改變將使徑向切削力Py與軸向切削力(走刀力)Px的大小比例發(fā)生變化，即徑向切削力Py將隨鋒角的增大而減小，因此刃磨鉆頭時(shí)需增大兩鋒角。同時(shí)，將鉆尖橫刃磨窄以減小軸向切削力；將圓弧刃磨低，弧底靠近鉆頭側(cè)刃，使外直刃寬度變窄，降低A、B間的軸向高度(見圖1b)，從而加高環(huán)形筋，增強(qiáng)鉆頭側(cè)尖的定心作用，以達(dá)到提高切削穩(wěn)定性的目的。這樣，當(dāng)鉆削長度超過A、B后，鉆尖附近的徑向切削力與外直刃的徑向分力方向相反且小于外直刃徑向分力(見圖1c)。 

4 改進(jìn)后的加工效果 

在鉆頭幾何角度確定后，通過切削試驗(yàn)選取合理的切削用量(轉(zhuǎn)速n=160r/min，進(jìn)給量f=0.08～0.10mm/r)。定板上的斜孔鉆削完畢后，需用砂輪進(jìn)行手工修磨(修磨后的孔徑為φ24～24.5mm)，然后用砂布打光，使各孔的表面粗糙度基本達(dá)到Ra6.3µm。加工后，發(fā)現(xiàn)有個(gè)別孔的鉆口處孔壁母線不直，經(jīng)分析，這是因?yàn)闄C(jī)床導(dǎo)軌、機(jī)床主軸角度與鉆模板相互之間找正不準(zhǔn)引起鉆頭進(jìn)給方向與鉆模板上的鉆套內(nèi)孔軸線不一致所致。為解決這一問題，在每臺加工機(jī)床上配備了一個(gè)找正芯軸(見圖2)，每鉆完一個(gè)孔后，移動床頭位置，將安裝在機(jī)床主軸孔內(nèi)的找正芯軸插入鉆模板的鉆套內(nèi)，通過調(diào)整機(jī)床主軸位置，使芯軸可在鉆套內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，然后取出芯軸、裝上鉆頭即可進(jìn)行鉆削加工。  

               1.平臺 2.壓板 3.百分表 4.找正芯軸 5.鉆模板 6.擋板 

                                圖2 工件找正示意圖

經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，用改進(jìn)后的鉆削工藝及麻花鉆加工定板零件的30°斜孔時(shí)，加工效果良好，鉆孔質(zhì)量和加工效率顯著提高，每班可鉆孔30～35個(gè)