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镗床技师论文


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。

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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。

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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 3

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。 4

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。

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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 135? --140? 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

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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/mm 螺旋角(° ) 外缘处后角(° ) 2-6 43-45 17-20 6-18 40-42 15-18 18-50 35-40 12-15

倒锥度 mm/100mm 0.03-0.05 0.04-0.08 0.05-0.12 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 7

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。

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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几何参数的选定和镗刀安 装后的角度变化。

图 2-3 镗刀参数示意图 根据上述的条件要求,加工 265 柴油机凸轮轴齿轮镗孔时,镗杆应选择直 径为 φ40mm,长为 350mm 镗杆与镗杆锥柄的同轴度为 0.05mm。镗刀的材质选 用高速钢 W18Cr4V,刀具的几何角度如图 2-3 为主偏角 90° ,前角为 15° , -18° 9

后角为 6° 。主轴转数 160 转/分,走刀量 0.16mm/转,走刀深度 2mm,分 -8° 两刀将 φ50mm 孔镗出。

3.总结
综上所述,是我在加工 265 柴油机凸轮轴齿轮过程中,针对工件的材质、 结构特征,所选用的装夹方式,钻头、镗杆及刀具的选择。解决在加工过程中 所遇到的一些问题及解决的方法。影响加工质量还有诸多因素,这都需要我们 在今后的加工生产中逐步克服和解决。 因此, 作为镗工不仅要掌握“应知”的理论 知识,还要扩大业务知识面,掌握镗削加工的各种操作技能和加工技巧。需要 不断地努力学习,刻苦钻研,在实践中提高自己的技术理论水平和操作技能, 以适应机械工业日益发展的需要,为我公司的建设发展做出应有的贡献。 参考文献: 1、钱昆. 《镗床深孔镗削的工艺分析》. 江苏冶金, 1997, (06) . 2、康永林,贾国宪,任保安. 《深孔镗加工过程中常见质量问题分析》. 矿山机械, 2006, (01) . 3、孟少农. 《机械加工工艺手册》. 北京:机械工业出版社,1998. 4、侯书林,朱海. 《机械制造基础》. 北京大学出版社,2007. 5、聂建武. 《金属切削》. 西安:电子科技大学出版社,2006.

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