装配式组合深孔钻加工中几点问题的研究

装配式组合深孔钻加工中几点问题的研究

L—Z217~2000深孔钻床在钻深孔作业时，卷屑容易缠绕在刀具上，并将刀具挤死，甚至撞弯刀杆，增加净误差，提高热误差，导致工件报废，并给工作人员和机床操作人员带来工作危险，本文针对这种情况，结合对切削理论系统分析，确定了通过引进并装配式复合刀具进行切削试验，结合实际对L—Z217~2000深孔钻床进行改良的尝试和探讨从而决定刀具最佳几何参数以及最理想的工艺系统、切削参数，有效改善并解决了断屑、排屑的处理和刀片磨损严重的问题。从而改良切削工艺，提高刀具寿命，节约了加工成本，提高产品加工质量。

标签：深孔钻削扁钻切削参数

0 引言

L—Z217x2000卧式深孔钻床一般装配传统“外排屑高速钢扁钻”。加工中由于有时断屑不够灵敏。经常生成带状切屑并发生带状切屑缠绕到刀具上挤死刀具甚至撞弯刀杆，致使工件报废和为工作人员带来安全隐患。为了避免这种现象和改善断屑情况，尝试了引进了美国肯纳公司装配式组合刀具，但是投入使用后发现刀具磨损严重。而且因为无法打磨机夹镀钛合金刀块的刀刃，在刀顿的时候只能更换新刀块．增加了加工成本昂贵，本文主要在提高刀具寿命和合理使用刀具展开讨论。

1 思路与方法

通过结合理论分析与实际工艺试验，对工艺进行探索和改进并针对性地对新形刀具的断屑、排屑原理及其过度磨损原因进行分析，并且进行改进。主要步骤分为：①刀具几何结构及钻削作业过程中的所受外力的力学分析：②判定刀具以何种形式磨损：③在不同切削参数下进行试验并记录的试验数据；④得出结论，制定相应改进措施和方案。

2 理论分析

2.1 刀具的几何结构和所受外力分析

新引进的进口刀体钻头装配有“镀钛层的硬质合金”刀块。如图1。

新型装配式刀具在几何结构上相当于结合了麻花钻和深孔扁钻的组合刀具。在刀体中心处安装了定心钻（直径为10）可承受部分切削力并提高定位精度，然后在刀体的左右两侧呈不对称结构的装有4片硬质合金。通过刀体对刀片产生夹持和定位作用当硬质合金刀片磨损后，可通过调整顶丝和楔块延伸刀片，刀片则可以再次使用使用；由于两侧刀片的排列相对于几何中心并不对称，使切屑在两侧受力不均匀，易于断裂而形成较小的切屑，使排屑顺畅的同时非对称排列还可以使切削时的径向力在刀刃上的径向力也可以得到较合理的平衡，散热条件好

也相对改善，使热误差减小，如图2。切削刀刃是两侧斜中间高的结构。切削时切削刀中间部分的切削刃先于两侧的两组切削刃接触待加工面。使两个切削刃沿着两方向和一定的角度进行切削加工，加工时由于切屑卷曲方向不同因此在两个方向上同时受力不断撕扯，即从切削刃刀尖部分分屑。切屑弯曲至刀体后，与另一片弯曲的切屑以及刀体碰撞受力使切屑相互挤压。在挤压与撕扯两种不同方向的力的同时作用下，起到断屑的作用和效果。

定心麻花钻结构如图3：由紧钉螺钉固定在刀体上，由于其直径小，散热差，因此钻头端部水孔保证冷却液直接冷却，切削刃刀体两侧亦加工出类似排屑槽的形状，可加速切屑的流动，易于使切屑紧贴钻心排出。利于冷却液的顺畅流动。钻削时，定心麻花钻首先开始切削，118°锋角保证其良好的加工导向性，钻因受到了比两侧轴片更大的轴向载荷，可以改善切削刀片的工作条件。

2.2 刀具磨损分析由于装配式刀具的特点，所有刀片都是由各单体组装而成，虽然使用灵活，但是与整体式刀具相比刚性稍差，在切削作业中在外力的作用下容易引起共振，使得刀头更容易磨损破裂；而且由于结构原因，一般情况下定心钻在不断调整刀头的对中偏差的同时，还要相对于两个侧切削刃首先承受较大的扭矩和轴向切削力，因此定心的麻花钻存在磨损严重的情况。引起刀具易于损坏的具体要素：①由于定心钻在作业中始终在切削并承担大量轴向切削力和扭矩，而且综合散热差、排屑差导致的摩擦系数增大等因素严重影响了金属应性，因此钻部一般磨损会很严重；②被加工零件由于在材质、密度、性能和组织不均匀等，在加工时时常会导致产生冲击力，引起共振、冲击振动等不利因素，如果导致刀具进给时轴向发生偏斜测绘产生切削刃进给量一侧增大，另一侧减小而受到不平衡的外力，因此很容易使一侧刀片因外力影响磨钝，从而导致另一侧切削刀片也相继磨钝失效；③当工件回转中心与麻花钻工作切人点以及刀杆轴心与麻花钻几何、物理中心不同轴时，容易使麻花钻受力不均导致折断，即使刀杆应性很强足以调整挠度，不同心的问题也会造成由于刀具进给偏斜，不垂直均匀受力从而加速刀刃磨损；④无论钻深孔和浅孔时，孔钻削每转的进给量都要比在使用麻花钻加工同类工序时小得多。因为深孔钻头的钻杆无法像麻花钻头那样承受那样大的扭矩和应力而造成刀具折断，而且进给量过大的话会引起排屑困難，温度升高或划伤钻头，导致刀具过早损坏和刀刃破损，而且还会增加热误差。进给量太小时切屑受外力太小又难以折断，使得切屑缠绕刀体产生不利因素，会使钻头过早疲劳损坏或过度啃刀，甚至产生危险。因此在决定切削速度和进给量必须采用合理的方法；⑤如果刀具切削部分几何角度存在缺陷在切削工作时由于刀具几何形状与工件加工要求不吻合，使主刀和侧刀吃不上力或者吃力部位不准，从而造成新刀具失效的一系列原因。

通过以上理论分析及实验验证，确定了相应的工艺改进措施：①如图4中所示，选取最佳数值和参数安装麻花钻。实践证明，在加工不同的材料或执行切削参数时的取值应做相应调整，只有在安装刀具组件达到最合理的条件下才能使组合刀具的功效得到最大程度发挥，并减小组件的非正常磨损和保护刀具；②提高毛坯材料的质量，如果粗加工毛坯后存在问题，再好的刀具也不会达到应有效果，因此增加正火工序以使材质细化，使材料密度均匀，从而减少刀具异常进给的几率；③提高刀杆刚性并且改进加工工艺和提高工件装夹定位精度，保证理论要求

的“工件回转轴、刀杆轴线同轴度应在0.1mm；工件回转镜像跳动≤0.008mm工件入刀断面跳动≤0.008mm；床身导轨在水面上的垂直度≤0.04mm；床身导轨在垂直面上的垂直度≤0.04mm。”

改进工艺及系统参数后效果明显，切削顺利，刀具损耗率降低50%以上。

参考文献：

[1]吴凤和.一种新型的装配式硬质合金扁钻[J].新技术新工艺2002（3）；15-16.

[2]王世清.深孔加工技术[M].西北工业大学出版社，2003.

[3]霍乐登.深孔加工[M].北京：国防工业出版社，1984.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文