喬 華，張 偉，賀鳳寶，李明穎，李冬娜

(1.大連工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院，遼寧大連 116034;2.天津科技大學(xué)包裝與印刷工程學(xué)院，天津 300222)

0 前言

槍鉆加工系統(tǒng)的出現(xiàn)，使小深孔加工中自動冷卻潤滑排屑和自導(dǎo)向問題獲得了滿意的解決，但其生產(chǎn)效率低，不適用于大進(jìn)給、較大直徑深孔的加工［1］。單管鉆系統(tǒng)的出現(xiàn)，解決槍鉆系統(tǒng)存在的問題，這也使得BTA機(jī)床得到了廣泛的研究、發(fā)展、應(yīng)用。

從國內(nèi)外機(jī)床的發(fā)展情況看，機(jī)床的模塊化設(shè)計思想得到了廣泛的研究和應(yīng)用，并己研制出許多模塊化產(chǎn)品和模塊化系統(tǒng)，尤其是國外先進(jìn)制造業(yè)，己經(jīng)進(jìn)入了柔性化時代，基本上形成了產(chǎn)品從設(shè)計、工藝制造等一整套模塊化管理體系。本文根據(jù)工廠實(shí)際的需求，依據(jù)模塊化的設(shè)計思想，把槍鉆機(jī)床改裝為BTA機(jī)床。

被加工零件為熱交換器上的一個零部件，為提該零件冷卻孔的加工效率，需要把深孔槍鉆機(jī)床改為效率更高的BTA鉆床，所加工的零件如圖1所示，每個工件需要加工12個周向分布的冷卻孔，工件材料為Cr28不銹鋼、冷卻孔直徑φ20、孔深700mm。

圖1 熱交換器件

1 槍鉆機(jī)床

槍鉆屬于內(nèi)冷外排屑深孔鉆，其機(jī)床布局如圖2所示。其工作原理：主軸電機(jī)6通過齒形帶帶動動力頭7旋轉(zhuǎn)，切削液從動力頭7尾部打入，經(jīng)過槍鉆鉆桿進(jìn)入切削區(qū)域，使切屑沿著V型槽往外排出，當(dāng)切屑進(jìn)入切屑箱2時掉落，進(jìn)入切屑回收處，切削液進(jìn)入過濾系統(tǒng)進(jìn)行過濾，冷卻，再循環(huán)利用。

圖2 槍鉆機(jī)床整體布局圖

2BTA機(jī)床

2.1 BTA機(jī)床工作原理

如圖3所示，鉆削工件1，切削液由A處壓入，通過鉆桿2與已加工孔壁之間的環(huán)形空隙進(jìn)入切削區(qū)域，使切屑沿著鉆桿內(nèi)腔流入鉆桿箱3。

圖3 BTA切削原理

通過兩種切削原理的對比與分析，可以得出機(jī)床改裝的兩個關(guān)鍵功能模塊：

授油器箱體模塊——機(jī)床的給油部分，切削液的入口，保證切削液順利進(jìn)入到切削區(qū)域，達(dá)到冷卻潤滑作用，同時也保證入鉆時鉆頭的的精度和平穩(wěn)性。

鉆桿箱體模塊——切屑排出的部分：鉆桿箱體模塊需要實(shí)現(xiàn)刀具的加緊及軸向進(jìn)給功能，同時，切屑及冷卻液通過鉆桿被輸出到排屑箱體以便進(jìn)入過濾箱。

2.2 授油箱體模塊設(shè)計

在加工過程中，工件需頂緊鉆套，是加工面與密封圈2實(shí)現(xiàn)密封，5、7、9的主要作用是使授油器成一個密封的腔體，使液壓油全部流向鉆削部分。其中，鉆套要和BTA鉆頭的配合很重要，間隙在0.007～0.015 mm內(nèi)才能得到理想的深孔［2］。

1.BTA鉆頭2.O型圈 3.鉆套 4.授油器箱體 5.O型圈6.油嘴7.O型圈 8.密封法蘭 9.旋轉(zhuǎn)密封圈

圖4 授油箱圖

此裝置通過基座上的四個內(nèi)六角螺釘固定在機(jī)床床身，以便整套裝置的簡單、快速更換;兩個銷孔起定位作用，確保裝置快速更換過程中的整套裝置的位置精度。注意，此定位銷孔也是槍鉆機(jī)床排屑箱在機(jī)床上的位置定位基準(zhǔn)。

2.3 鉆桿箱體模塊設(shè)計

鉆桿箱體模塊主要有兩個作用，一是夾持刀具，給刀具驅(qū)動力，通過ER彈簧夾頭1，把動力頭的扭矩和絲杠上的軸向進(jìn)給力傳動到鉆桿2上;二是排屑，切屑和液壓油在高壓下沿著鉆桿排到鉆剛箱體部分，使得切屑及其液壓油通過夾持軸10中間部分的孔流出，夾持軸10上的孔為φ30mm，供切屑和液壓油順利排出到過濾箱。

1.彈簧夾頭2.鉆桿 3.圓螺母 4.軸承端蓋 5.軸承 6.骨架密封圈7.鉆桿箱體8.孔擋圈9.密封套10.夾持軸

圖5 鉆桿箱圖

鉆桿箱體模塊通過螺釘固定在滑塊幅上，可隨滑塊副在導(dǎo)軌上滑動;圖中箭頭指向的平面為定位面，確保鉆桿箱體模塊的軸心與刀具夾頭的中心高度在要求的公差范圍內(nèi)。若換回槍鉆機(jī)床，此套模塊拆除即可。

兩套模塊組裝在機(jī)床上，就構(gòu)成了外冷內(nèi)排屑的單管鉆系統(tǒng)，其局部裝配圖如圖6所示。

圖6 機(jī)床改裝后整體布局

加工時，工件1應(yīng)頂緊鉆套2，前端通過壓緊鉆套上的密封圈來達(dá)到密封效果，后端用密封端蓋4里面的密封圈來密封。高壓液油經(jīng)油嘴3打入，通過授油箱的內(nèi)腔到達(dá)鉆頭切削部分，然后把產(chǎn)生的切屑壓入空心鉆桿5，切削油以及切屑沿著鉆桿到達(dá)鉆桿箱部分并排出。增加聯(lián)軸器的目的是為了保證機(jī)床夾頭與鉆桿箱中心軸線存在一定誤差的時候，不影響機(jī)床的正常工作。組裝的時候，一定保證授油箱和鉆桿箱的中心水平同軸，這樣機(jī)床才能正常有效的工作。

3 試驗(yàn)

機(jī)床改裝調(diào)試成功后，分別鉆削Cr28不銹鋼工件的冷卻孔，進(jìn)行對比切削試驗(yàn)，結(jié)合山特維克推薦的加工參數(shù)［3］和機(jī)床實(shí)際的加工條件，最終確定加工參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 切削試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)際切削試驗(yàn)證明，槍鉆鉆床改裝成BTA機(jī)床后，效果明顯，BTA刀具大進(jìn)給量鉆削加工非常平穩(wěn)，可提高加工效率2倍以上，同時加工質(zhì)量明顯提高。

［1］王世清.深孔加工技術(shù)［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003.

［2］Gessesse.Y B，Latinovic.V N，Osman.M O M.On the problem of spiralling in BTA deep-hole machining［J］.Journal of Engineering for Industry，1994，116(2)：161 －165.

［3］SANDVIK CoromantDeep hole drilling Product catalogue and application guide［M］.Metalworking products，2009：124.