某廠生產(chǎn)的2V-6/8型空壓機(jī)連桿如圖1所示。材質(zhì)為45號(hào)鋼，硬度HRC28～32，兩螺栓孔尺寸精度為H8，表面粗糙度為Ra1.6μm，兩螺栓孔的平行度允差為0.15mm。
1 工藝分析
1) 深孔鉆削存在的困難
空壓機(jī)連桿兩螺栓孔小而深，長(zhǎng)徑比為6:1，且精度要求較高，加工中存在的問題是：
·排屑困難。鉆深孔時(shí)，如不能及時(shí)將切屑排出，則切屑有可能阻塞在鉆頭排屑槽內(nèi)，這不僅會(huì)影響加工精度，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)扭斷鉆頭。
·冷卻與潤(rùn)滑不良。鉆頭在半封閉的條件下工作，切削液很難注入到切削區(qū)，切屑、刀具和工件之間的摩擦很大，尤其在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)切削的情況下，產(chǎn)生大量高溫切屑和很高的切削溫度，必須采取有效措施，確保鉆頭冷卻和潤(rùn)滑，否則將使鉆頭磨損加劇。
·導(dǎo)向差。由于孔深、刀具細(xì)長(zhǎng)，因此，鉆頭的強(qiáng)度剛度較差，加工時(shí)容易引偏和產(chǎn)生振動(dòng)。為了保證鉆孔的直線度和表面粗糙度，防止鉆頭折斷，必須解決好導(dǎo)向問題。
圖1 連桿
2) 工藝分析
為了使零件的制造精度達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求，必須解決1.1例述的三個(gè)問題。兩螺栓孔的加工可采用以下兩種方案。
·用振動(dòng)槍鉆加工
該方案的優(yōu)點(diǎn)是：工藝可靠，加工質(zhì)量高；效率高，成本低。缺點(diǎn)是：設(shè)計(jì)與制造周期長(zhǎng)，投資大，對(duì)設(shè)備精度要求高。但隨制造業(yè)技術(shù)水平的提高，對(duì)設(shè)備精度要求高的缺點(diǎn)已不足顯。該方案一般適宜于大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。
·采用鉆－擴(kuò)－鉸孔的傳統(tǒng)工藝方案
該方案的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)計(jì)與制造周期短，投資小；工藝可靠，質(zhì)量穩(wěn)定。缺點(diǎn)是：工藝路線長(zhǎng)，效率低，工時(shí)費(fèi)用高；故本方案一般適宜于小批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。
2 利用振動(dòng)槍鉆鉆孔
鉆一擴(kuò)一鉸孔的傳統(tǒng)工藝本文不再贅述。下面僅就振動(dòng)槍鉆進(jìn)行孔加工的有關(guān)問題作較詳細(xì)的介紹。
1) 機(jī)床的改造
選擇一臺(tái)精度與轉(zhuǎn)速較高的普通車床，在其上附加一套冷卻液供給系統(tǒng)。把車刀架拆掉，將夾具固定在機(jī)床橫向拖板上；排屑箱設(shè)置在溜板箱左側(cè)，機(jī)床主軸前端裝有槍鉆頭，在機(jī)床主軸的前后兩側(cè)安裝有振動(dòng)源，聯(lián)接器安裝在主軸后面，并固定在床頭箱上。總體布局如圖2所示。鉆孔時(shí)，首先啟動(dòng)電機(jī)，油泵將冷卻液經(jīng)高壓油箱和空心拉桿壓入槍鉆內(nèi)孔，然后由車床主軸帶動(dòng)槍鉆高速旋轉(zhuǎn)。振動(dòng)源使槍鉆在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，作有規(guī)律的軸向振動(dòng)，工件由溜板箱送進(jìn)，這時(shí)高壓冷卻液由鉆頭前端的油孔噴入切削區(qū)，再和切屑一起由槍鉆外側(cè)的120°V型槽排入排屑箱內(nèi)。鉆完第一個(gè)孔后，橫拖板橫向移動(dòng)85±0.01mm再鉆第二個(gè)孔。
圖2 槍鉆鉆床的總體布局
聯(lián)接器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，校定環(huán)6使拉桿8與機(jī)床主軸7同軸，緊定環(huán)5采用左旋螺紋連接，所以主軸正轉(zhuǎn)時(shí)，緊定環(huán)不會(huì)脫落。叉形件3用螺釘2安裝在集油箱4上，主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸套不旋轉(zhuǎn)。泄漏的切削油由回油管1流回油箱。
圖3 聯(lián)接器
鉆夾頭和振動(dòng)源的結(jié)構(gòu)如圖4所示，槍鉆裝在彈簧夾頭8內(nèi)，通過軸7、滑動(dòng)軸2、傳動(dòng)軸1使其主軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)盤6受彈簧3的作用緊靠在振動(dòng)輪4上。偏心軸5的偏心距為0.1mm,受摩擦力的作用，傳動(dòng)盤6在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)作有規(guī)律的軸向振動(dòng)，從而使槍鉆在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)軸向振動(dòng)。為了保證槍鉆可靠地實(shí)現(xiàn)軸向振動(dòng)，兩偏心軸的偏心距應(yīng)嚴(yán)格一致，兩振動(dòng)輪的精加工應(yīng)在一次裝夾中加工完成。
圖4 鉆夾頭與振動(dòng)源
排屑箱的結(jié)構(gòu)如圖5所示。由于采用刀具旋轉(zhuǎn)的加工方式，所以對(duì)機(jī)床主軸提出了更高的要求，鉆套4的內(nèi)孔與機(jī)床主軸的同軸度允差為0.02mm。為此，鉆套4的安裝孔可采用自鏜削的方法加工。為了使排屑箱左邊的密封裝置不使鉆桿形成固定支承而造成鉆桿彎曲，可將該處與鉆桿之間留0.5～1.0mm間隙。為了防止加工時(shí)油液飛濺，密封墊1、壓緊蓋2、隔片3應(yīng)加工成與刀桿截面相似的形狀。彈簧5的緩沖作用防止溜扳箱開始進(jìn)給時(shí)引起的振動(dòng)。
圖5 排屑箱
2) 槍鉆結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、幾何參數(shù)和工作原理
結(jié)構(gòu)如圖6所示，其由鉆頭、鉆桿、鉆柄三部分組成。鉆桿采用無縫鋼管制造，在靠近鉆頭部軋制出排屑溝。鉆桿外徑比鉆頭外徑小0.5～1.0mm,以避免與孔壁和鉆套摩擦。鉆頭一般用整體高速鋼或硬質(zhì)合金制成，與鉆桿對(duì)焊起來直徑大于8mm的槍鉆，也可用硬質(zhì)合金刀片鑲焊在鉆頭上。
圖6 槍鉆
槍鉆工作時(shí)，高壓切削液(3～10MP，孔徑越水，壓力應(yīng)越大)從鉆桿內(nèi)孔打入，送到切削區(qū)起冷卻潤(rùn)滑作用，同時(shí)把切屑從排屑溝中沖出來，如圖7所示。
圖7 槍鉆工作原理
槍鉆刃部的幾何參數(shù)如圖8所示。外角?1、內(nèi)角?2的大小和鉆尖位置的決定，對(duì)鉆孔精度和切屑形成有很大的影響，通過對(duì)徑向切削力的計(jì)算來確定。內(nèi)、外角和鉆尖的適當(dāng)搭配，可使切削力近似平衡或使其合力指向第一導(dǎo)向條a1的方向，從而使槍鉆保持很好的自我導(dǎo)向，孔的切削和擠壓可一次完成，保證了被加工孔的精度、表面粗糙度和直線度。
圖8 槍鉆主要幾何參數(shù)
3 振動(dòng)鉆削機(jī)理的討論
軸向振動(dòng)加入后，切削刃和切屑、切削表面周期性地接解和分離，且由于振動(dòng)頻率較高，使切削液呈霧狀，從而使切削液能充分進(jìn)入切削區(qū)、刀具、切屑與加工表面之間摩擦系數(shù)大為減小。從而有效減小了切削熱的產(chǎn)生。
由于振動(dòng)的存在，破壞了積屑瘤的生成條件，控制了切屑形成的過程，促進(jìn)了斷屑和排屑，大大改善了鉆頭的工作條件，故可獲得較好的表面質(zhì)量。
合理地確定鉆頭的外角?1、內(nèi)角?2的大小和鉆尖的位置，能使槍鉆保持很好的導(dǎo)向，從而保證被加工孔的直線度。導(dǎo)向條a1的擠壓作用有助于改善孔表面的粗造度。
4 小結(jié)
本文介紹的振動(dòng)槍鉆在某廠生產(chǎn)的2V-6/8型空壓機(jī)連桿兩螺栓孔的加工中得到應(yīng)用，一次走刀可使孔的表面粗糙度達(dá)Ra0.2μm,孔的直線度達(dá)0.05mm/m。
