周建，董艷超

1 引言

我公司是中材裝備集團(tuán)旗下的水泥裝備生產(chǎn)企業(yè)，磨輥軸是新型干法水泥生產(chǎn)線中輥磨系列裝備中的重要工件之一。以前磨輥軸深孔加工工序一直是困擾我們公司生產(chǎn)的一道難題，由于沒有相應(yīng)的設(shè)備及工藝條件，無法進(jìn)行加工。公司通過技術(shù)人員努力攻關(guān)，與山東德州博奧機(jī)械有限公司合作設(shè)計制造了加工磨輥軸深孔的專用設(shè)備，在加工深孔的過程中，通過選擇合理的工藝參數(shù)，解決了加工磨輥軸深孔的難題，滿足了工件的設(shè)計要求。

2 深孔加工簡介

2.1 深孔加工特點(diǎn)

所謂深孔，就是孔的長度L與孔的直徑d比值大于10的孔（L/d≥10孔），深孔加工難度高，是機(jī)械加工中的關(guān)鍵性工序，且深徑比值越大，深孔加工難度就越高。

深孔加工是在封閉狀態(tài)下進(jìn)行的，刃具受孔徑、孔深的限制，操作者不能直接觀察刃具切削情況。聽、看、摸的判斷與操作者的經(jīng)驗及技能水平有關(guān)，加工過程中經(jīng)常發(fā)生切削時刃具振動、磨損、崩刀、排屑困難、孔鉆偏等異常情況。

2.2 深孔刃具分類

加工深孔的刀具按刃具分為槍炮型刃具（單刃結(jié)構(gòu)）和多刃高壓冷卻液刃具，按排屑方法分內(nèi)、外排屑法。內(nèi)、外排屑法的基本差別是十分簡單的。內(nèi)排屑，切屑通過刃具頭端的切屑嘴進(jìn)入管狀刀桿的中心排出。外排屑，切屑順著溝槽或者圍繞著刀桿的外面排出。

3 磨輥軸加工要求及深孔機(jī)床簡介

3.1 磨輥軸深孔加工要求

磨輥軸如圖1所示：材料：40Cr；重量：2490kg；調(diào)質(zhì)處理，硬度：220～269HB，需要加工3個深孔，分別為孔徑?60mm、?30mm，長2240mm，孔徑?20mm，長1310mm的深孔，前者為深度貫通孔，后者為深度盲孔，無論貫通孔還是盲孔必須要保證孔的直線性、表面粗糙度等技術(shù)指標(biāo)。三個孔的深徑比（L/d）分別為：37.3；74.7；65.5。需要在專用深孔機(jī)床上使用深孔刃具進(jìn)行加工。

3.2 鉆深孔的機(jī)床設(shè)備

我公司磨輥軸加工選用的設(shè)備由兩部分組成：前半部分為TB2120型深孔鉆床機(jī)身，如圖2所示；后半部分為我公司設(shè)計制造的工作臺及裝卡找正工具，如圖3所示。

深孔鉆床主要由授油器、鉆桿箱、進(jìn)給托板、進(jìn)給部分、液壓泵站、冷卻系統(tǒng)、馬達(dá)裝置、電氣控制系統(tǒng)、手動裝置、鉆桿支架、排屑斗、鉆桿、鉆頭等組成。

機(jī)床主要參數(shù)：鉆孔最大直徑：80mm；最大深度：3000mm；主軸轉(zhuǎn)速：61～1000r/min；進(jìn)給速率：5～1000 mm/min；冷卻系統(tǒng)額定壓力：2.5MPa。

工作臺及裝卡找正工具由工作臺（能前后移動）、V型鐵（固定在工作臺上）、墊板（能升降V型鐵）、找正頂尖等組成。

3.3 深孔刃具的選擇（圖4、圖5）

內(nèi)、外排屑法的深孔刃具，從使用的效果看，兩種刃具使用消耗的費(fèi)用大致相等，內(nèi)排屑比外排屑鉆進(jìn)速率要快3～4倍，外排屑的費(fèi)用和壽命則優(yōu)于內(nèi)排屑。但在加工直徑超過?30mm的長孔時，內(nèi)排屑法則比較優(yōu)越。

因此，上述磨輥軸?60mm孔的加工，我公司選用的是錯齒(3刃)內(nèi)排屑深孔刃具，如圖4所示。對于? 20mm孔的加工，選用的是槍鉆(單刃外排屑深孔刃具)，如圖5所示。從使用效果來看，一直表現(xiàn)較好。而對于?30mm孔的加工，選擇內(nèi)、外排屑法刃具均可。但如果孔深較深時，一般選用內(nèi)排屑深孔刃具，孔深較淺時，一般選用槍鉆刃具，效果較好。

4 磨輥軸深孔加工實例

4.1 加工工藝路線

（1）準(zhǔn)備工作：選擇合適的刃具，調(diào)整V型塊間距及高低（粗調(diào)整）。上工件，磨輥軸大頭對機(jī)床方向，架在兩個V型塊上。軸頭方對著機(jī)床一），用導(dǎo)向套加自制頂尖，按軸端面劃線點(diǎn)找正。調(diào)整工作臺和V型塊下方升降螺栓，軸尾方以同樣方式找正。

（2）工件裝卡：用夾板、壓緊螺栓將工件緊固在工作臺上。調(diào)整深孔鉆鉆頭、鉆桿、機(jī)頭、托架、授油器等，夾緊相應(yīng)夾具，緊固授油器。

（3）工件加工：開動授油器，往前點(diǎn)動，頂在軸端密封墊處。開水泵，選擇合理轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量，觀察排屑。注意壓力表、電壓表，有過載現(xiàn)象立刻停止加工。工件打通后，卸下鉆頭，退出鉆桿，測量孔距。

（4）換孔加工：松開壓件螺栓，調(diào)整工作臺、V型塊，用相同方法繼續(xù)加工。

4.2 加工過程控制

4.2.1 刃具的選用、保護(hù)和使用前檢查

加工前刃具的選用、鉆頭的狀態(tài)檢查及用后的存放保護(hù)非常重要。使用深孔刃具前，首先檢查鉆頭BTA30mm導(dǎo)向板、刀片，導(dǎo)流槽、排屑槽是否正常，如有毛刺損傷，需維修后再使用。然后檢查鉆桿的直線度及跳動，直線度＜2mm、徑向跳動量＜0.1mm時方可使用，以確保加工過程中鉆桿不振動、鉆頭不損壞。使用完后，再次檢查刃具狀態(tài)，拆下鉆頭單獨(dú)存放，鉆桿垂直懸掛，以防彎曲變形。

4.2.2 深孔加工參數(shù)實際應(yīng)用（表1）

磨輥軸的深孔加工經(jīng)我公司技術(shù)人員不斷摸索，已經(jīng)掌握了加工孔徑?20mm、?30mm、?40mm、?60mm等深孔的成熟加工工藝。早期加工階段由于經(jīng)驗不足，找正繁瑣復(fù)雜，導(dǎo)向板、刀片在加工完成后難以拆卸，鉆頭損壞，鉆桿彎曲，排屑不暢，耗材嚴(yán)重，有時甚至出現(xiàn)孔鉆偏等一系列問題。

表1 ?60mm深孔加工工藝參數(shù)比較表

表2 內(nèi)排屑深孔鉆頭的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、鉆進(jìn)速率、冷卻液壓力表*

分析產(chǎn)生問題的原因，我們首先對深孔鉆床進(jìn)行檢修，排除設(shè)備故障，再對轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、鉆進(jìn)速率、壓力等進(jìn)行調(diào)整。在加工磨輥軸? 60mm、深2240mm孔時，通過采用低轉(zhuǎn)速低進(jìn)給量、低轉(zhuǎn)速高進(jìn)給量，高轉(zhuǎn)速低進(jìn)給量、高轉(zhuǎn)速高進(jìn)給量四個方面進(jìn)行鉆孔試驗，終于成功摸索出比較理想的深孔加工工藝參數(shù)，鉆孔效果良好。具體加工過程的試驗數(shù)據(jù)如表1所示。通過試驗，在轉(zhuǎn)速452r/min、鉆進(jìn)速率83mm/min、冷卻液壓力0.75MPa的情況下，鉆孔達(dá)到了完美的狀態(tài)，排屑也是理想的“C”型鐵屑，孔的偏移量最大偏差0.50mm。

我們用這種加工參數(shù)連續(xù)試驗了6根軸，均達(dá)到了預(yù)期效果。在此基礎(chǔ)上，嘗試了其他尺寸的深孔加工，也得到了滿意的效果。在當(dāng)前機(jī)床性能下，我們公司已能有效保證輥磨磨輥軸深孔加工的偏移量在1mm之內(nèi)，并提高加工效率2～3倍。由原加工一個?60mm的深孔需要100min，提高到只需要40min，原鉆深孔過程中通常需要更換1次刀片，現(xiàn)一塊刀片可以鉆5個孔，機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

5 磨輥軸深孔加工工藝參數(shù)探討

5.1 切屑的形成和控制

在磨輥軸加工深孔時，多刃刃具可以在有限的范圍內(nèi)控制其所形成的切屑類型。增加刃具的轉(zhuǎn)速可使切屑變得較細(xì)，較細(xì)的切屑在冷卻液的壓力下可以向刃具的前方懸出。使切屑減小的最簡單的方法是增大進(jìn)給量，從而使切屑變厚折斷而不彎曲。

5.2 轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量

較高的轉(zhuǎn)速趨向于得出較薄的切屑，這樣的切屑容許增大進(jìn)給量和鉆進(jìn)速率。增加進(jìn)給量時，較厚的切屑斷開成“C”形狀，使切屑得以經(jīng)過溝槽排出。減少進(jìn)給量時，較薄的切屑經(jīng)常卷曲成條狀，排屑不暢，易堵。

加工深孔過程中，為降低加工成本和改進(jìn)表面光潔度，有時經(jīng)常采用高的切屑速度，但由于工件材料有磨損刃具的刃口的趨勢，機(jī)床功率和主軸能量的限制，刃具的直徑及鉆具本身長度與直徑的比值較大等原因，切屑速度應(yīng)有所限制[1]。

5.3 冷卻液壓力

冷卻液的作用是：從切削區(qū)域和刀槽向刃具的前方?jīng)_掉切屑。高壓力使切削液能夠到達(dá)切削刃上，起到保持潤滑、控制溫度和幫助斷屑作用。切屑能夠滿意地排出并不是用來判斷壓力恰當(dāng)與否的唯一標(biāo)準(zhǔn)，即使能夠滿意地排出切屑，而壓力可能仍然并不恰當(dāng)[1]。通過不斷摸索，我們總結(jié)出轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、鉆進(jìn)速率、冷卻液壓力的關(guān)系如表2所示。

6 結(jié)語

深孔加工是機(jī)械加工行業(yè)中比較難而復(fù)雜的一道工序，本文中列出的一些具體數(shù)據(jù)是我們公司在加工具體的磨輥軸深孔上獲得的一些試驗結(jié)果，一些參數(shù)的選擇和應(yīng)用是在特定的生產(chǎn)條件下取得的，并不能夠?qū)⑺鼈冏鳛闃?biāo)準(zhǔn)使用，僅為讀者提供有益的參考。

[1][美]霍爾登 J.斯溫哈特編輯,管光晉譯.深孔加工[M].北京：國防工業(yè)出版社出版,1974.77，116.■