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普通镗床加工265柴油机凸轮轴齿轮深孔工艺方法研究 普通镗床加工265柴油机凸轮轴齿轮深孔工艺方法研究【摘要】：当前深孔加工镗削应用越来越广泛，而我厂带有小直径深孔的产品数目和种类也越来越多，高精度小直径深孔是困扰很多企业普通镗床加工系统的难题，也是工艺人员和操作者的一块“心病”，对如何保证深孔加工精度是制定深孔加工工艺是我们急需解决的现实问题本文以我厂一样典型高精度小直径深孔加工产品265柴油机凸轮轴齿轮深孔工艺方法为例，论述在镗床上加工高精度小直径深孔的方法，其方法有加工精度高、加工时间短、加工时间短、钻头寿命高、排屑好的特点，在加工高精度小直径深孔方面有一定的推广价值关键词】：镗床 小直径 深孔 工艺方案0.前言一般孔的深度与孔的直径之比为L/D>5就算深孔，深孔加工要比一般孔的加工困难和复杂很多，因为孔的深度增大以后，刀杆较长，刀具刚性变差，容易引起震动和钻偏空，还容易把孔钻偏；其次是刀刃在工件深处进行切削，冷却液不易注入切削区，散热条件差，使刀具很快磨损；加上切削难于排出，容易堵塞而无法连续加工；再有对加工件材质的均匀性也要求很高，如果过硬、过粘、里面含有杂质，都影响孔的加工。

因此为了保证精度和提高效率，根据这些工艺特点如何合理的选择深孔加工方法，并解决刀具引导、切削排出和钻头冷却润滑等是我所要解决的问题1.工艺方案镗床加工深孔的工艺方法有很多，常用的有钻孔、扩孔、镗孔、铰孔等，在实际的加工中，这些加工方法有着各自的工艺特点1.1钻孔由于钻削多用于粗加工内孔，加工过程中主要存在以下缺陷:一、因钻头顶部横刃影响定心不准，且钻削时抗力大，故钻孔时钻头容易受力不均导致钻孔偏二、因钻头的刚性和导向作用较差，尤其是细长孔加工时钻头容易弯曲，故加工后的深孔轴线偏移直线度较差三、因操作者在磨削钻头过程中，两切削刃不一定等高，切削时所受切削力不等，会导致钻孔后孔径扩大四、钻头钻孔，孔的表面光洁度较差，一般只能达到 Ra25左右，1.2扩孔扩孔一般是用镗刀或对已钻出的孔进一步扩大加工，而细长孔多采用扩孔进行孔的半精加工，因扩孔钻一般有3--4个以上的刀齿，所以刚性相对好一些，并且有一定的导向作用，在某种程度上能矫正钻孔时的轴线误差，又因为切削少，排屑相对顺利，不易刮伤已加工表面，相对于用钻头钻的孔，精度有很大提高，一般情况下，表面粗糙度可达Ra 12.5-- Ra 6.3左右，所以经常用来做半精加工。

1.3铰孔铰孔是在扩孔后对进行的一种精加工方法，粗糙度可达Ra3.2以上，铰孔的精度和表面粗糙度并不取决于机床的精度，而取决于铰刀的精度，取决于铰刀的安装方式、加工余量、切削用量和切削液的选用等由于铰削余量小，加工深孔时刀杆与铰刀常为浮动连接，所以不能矫正原孔的轴线偏差和直线度，孔与其他表面的位置精度不能用铰刀铰孔的方式来保证1.4镗孔镗孔也是镗床常用的加工方法之一，相对于以上几种加工方法，它能获得很高的定心精度和直线度，但在细长孔的加工中由于受到加工件的孔径和孔深的限制，镗刀杆的直径和长度保证不了镗杆的刚性，从而不能获得理想的尺寸精度和表面粗糙度图1-1 265柴油机凸轮轴齿轮零件图铰刀铰孔的相对位置精度为不可控变量，因而在加工有严格位置要求高精度小直径深孔时，不可以使用只要解决镗刀杆和镗刀对加工精度的影响，可以使用先钻后镗的方法为确保在镗床上加工出符合图纸要求的265柴油机凸轮轴齿轮的中心孔设定工艺方案如下：一、在镗床上利用“V”型铁装卡265柴油机凸轮轴齿轮并找正二、预钻Φ50mm的中心孔，预钻孔为Φ45mm三、用镗刀镗出Φ50mm的中心孔并倒角2.工艺步骤2.1装卡找正在镗床上装卡265柴油机凸轮轴齿轮，如图一所示。

从图中可以看出此零件属于台阶轴，装卡后要想保证齿轮两端轴的同轴度是比较困难的为确保位置度公差，装卡工件方便、省时，可以利用两个等高“V”型铁架在齿轮两端相等直径的圆柱上，如图二所示1、“V”型铁 2、轴齿轮 3、“V”型铁图2-1 265柴油机凸轮轴齿轮装卡图具体方法是先将两个“V”型铁的“V”型面用百分表找正并保证在同一轴线内，保证直线度在0—00.2mm之间找正后将“V”型铁夹紧在床面上，然后将工件放在“V”型铁上夹紧，夹紧后用百分表将一端圆柱的中心找正，并保证在0—00.2mm之间，这样就完成了装卡找正利用这种方法装卡，只需花费一次的找正时间，就可以保证剩余工件安装到“V”型铁上以后，不用再找正就可以保证位置度，这样就节省了以后工件的找正时间，提高了工作效率2.2预钻Φ45mm在镗床上加工265柴油机凸轮轴齿轮轴齿轮中心孔，孔的尺寸为Φ50mm、深320mm该中心孔作为后续精加工轴部，磨削齿形的基准孔，对工件中心的同轴度，应控制在00.5mm之内，否则易造成偏心磨削余量不足而出现废品因此为了保证精度和提高效率，根据高精度小直径深孔工艺特点钻削时可以采用分级进给法既在钻削过程中，使钻头加工一定深度后就退出工件，借以排出铁屑并进行冷却润滑，然后重新进行之前的加工。

在钻削大直径孔时，可采用群钻进行钻削群钻是适应加工不同加工材料的钻孔刀具钻尖上磨有两个月牙形分屑槽，主切削刃分成直线和圆弧两部分，形成三尖七刃和双重顶角的麻花钻它具有断屑、分屑的作用，同时由于切削刃磨成月牙后，可是槽刃处切削刃前角加大，从而减少了切削变形，因此在加工深孔时采用群钻钻削工艺性能会更好大直径深孔的钻削，一般是在深孔钻镗床上加工它可以钻、铰及套料加工通常大直径深孔采用内排屑或外排屑深孔钻进行钻削，切削刃数目分为单刃、双刃和多刃，刀体上镶有不同数目的导向支撑块，在加工过程中起导向支撑作用，还可以保证孔的直线性因为钻头钻削的缺陷，如果直接用钻头钻削加工265柴油机凸轮轴齿轮轴齿轮中心孔，会对以后精加工的位置精度产生一定的影响该工件材质是20CrNiMo钢，此钢的淬透性能与20CrNi钢相似，Ni含量为20CrNi钢的一半，但由于少量的Mo元素和提高Mn含量导致此钢的淬透性能仍然很好，强度也比20CrNi钢高20CrNiMo钢因钼除了有很好的综合性能耐一定高温，由于制造汽轮机的齿轮整转子的内燃机连杆气门截面锻件等及此工件来料时没有预钻孔，所以根据工件的材料性能及来料情况和加工特点，进行加工。

图2-2 钻头基本参数根据265柴油机凸轮轴齿轮钻头，钻头必须具备以下的特性一、增大钻头顶角，当钻头直径和进给量一定时，增大顶角则切削变窄，单位切削刃上的负荷减轻，同时钻头外圆处的刃尖角减小，减小了刀尖角磨损速度，同时有利于散热，耐用度也得到提高顶角影响切屑的流出方向，顶角较大，切屑卷曲成螺旋的程度减小，且比较平直，容易排除，即提高了排屑性能通过分析试验，顶角的取值范围为135º--140º时钻削效果最好二、增大钻头钻心厚度钻削加工20CrNiMo材料时，钻头承受很大扭矩和轴向抗力钻心厚度太小，则钻头厚度低，钻头易发生折断，因此需增大钻心厚度，以提高钻头强度钻心厚度一般取K=（0.45—0.32）D其中K为钻心厚度，D为钻头直径 三、增大钻头外缘处后角，它会影响钻心处切削刃的削角钻头切削刃各点上的后角也是不等的愈接近中心，其后角愈大因此钻头后角的标注的要求，都以钻头外缘出为准增大钻头外缘出后角，可以使切削任锋利，改善切削性能，特别是对钻心处的钻削加工性能有明显改善因此，适当地钻头几何参数以适合20CrNiMo材料的钻削加工十分重要 四、加工成倒锥K，以减小棱带同孔壁的摩擦，使钻头切削时扭矩减小，以提高效率和表面粗糙度，不同钻头直径时的螺旋角，后角，倒锥度如表2-1表2-1钻头几何参数钻头直径D／mm2-66-1818-50螺旋角（°）43-4540-4235-40外缘处后角（°）17-2015-1812-15倒锥度mm／100mm0.03-0.050.04-0.080.05-0.12综合以上的情况，根据材质的不同，合理的选择钻头的几何角度对工件的加工和保证质量都起到了至关重要的作用。

在预钻265柴油机凸轮轴中心孔时，根据材质和工件的特性，选择合理的钻头基本参数如图2-2首先选用标准长度的Φ45mm钻头进行加工，加工深度在150—200mm之间，然后再换掉长度为350mm的Φ45mm钻头继续进行加工，将孔钻通2.3镗刀扩孔 镗孔是镗床常用的孔加工方法之一它能很高的定心精度和直线度，但在细长孔的加工中由于受工件的孔径和深度的限制，镗刀杆的直径和深度保证不了镗杆的刚性，从而能获得理想的尺寸精度和表面粗糙度，常见的有两方面问题镗杆与刀具精度对加工质量的影响和镗刀对加工精度的影响2.3.1镗杆与刀具精度对加工质量的影响及其解决措施镗杆所受重力方向不变，而切削力却随刀具的旋转而不断改变方向，由于镗杆与导向套之间有一定的配合间隙，当切削力大于镗杆所受重力时，刀具无论在任何位置上切削，切削力都可以推动镗杆紧贴与切削位置相反方向的导向套表面上镗杆在这种状态下，被镗孔的圆度主要取决于导向套内孔的精度当切削力小于镗杆所受重力时，切削力不能将镗杆抬起，镗杆只能沿导向套内孔下方摆动当镗杆与导向套内表面下方接触时，会使孔产生圆度误差当镗杆在导向套内表面下方时，会产生圆柱度误差在镗削过程中，切削力会因为各种因素而不断地变化。

它除了产生圆度和圆柱度误差以外，还会产生孔系间的平行度和孔距误差等为提高镗杆与刀具精度对加工质量的影响所引起的加工质量可采取如下措施：㈠、导向套与镗杆轴径的圆度误差小于0.01mm，镗杆的锥柄与镗杆轴径的圆度公差应小于0.01mm镗杆的圆柱度公差应小于0.015mm镗杆与导向套内孔的配合间隙应在0.02-0.04mm范围内，椭圆长轴应在铅垂方向㈡、直径大于480mm镗杆应做成空心的，以减小镗杆的自重㈢、合理选择定位基准，使孔系加工余量均匀㈣、精镗孔时，可适当降低切削用量，增加走刀次数，以减少切削力，从而减少镗刀杆在导向套内孔下方的偏摆量，但应该避免切削深度大小，防止切削变成挤刮，产生局部冷硬，造成下次走刀更难切入的“溜刀”现象2.3.2镗刀对加工精度的影响及其解决措施镗床使用的刀具有定尺寸和非定尺寸两种，如钻头扩孔钻，铰刀等都是定尺寸刀具这些刀具的制造精度及磨损都直接影响孔的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度非定尺寸刀具，如单刃镗刀，可调双刃镗刀等它的刀具制造精度、安装和调整精度直接影响被加工孔的尺寸精度和形位精度为提高镗杆与刀具精度对加工质量的影响所引起的加工质量可采取如下措施：㈠、一方面应根据不同的被加工工件的材料，工件的结构及被加工工件表面的精度，选择相应的刀具材料和刀具结构。

如镗削铸铁工件选用钨钴类硬质合金材料制造刀具等㈡、对于不同的刀具应采取不同的解决方法第一种方法是提高刀具的制造精度，选择合直径的刀具当刀具磨损后应及时修磨切削刃；第二种方法是应保证刀杆锥柄与机床主轴锥孔配合精度，一般其配合贴和面应小于80%，最好不用中间变径套，对于非定尺寸刀具，除了采取与定尺寸刀具相同的方法以外，还要保证安装和调整精度同时应注意镗刀切削。