山東德州德隆 (集團)機床有限責任公司 (253003) 胡艷君 劉 鑄

1.槍鉆系列深孔加工特點及中心線偏斜測量的重要性

加工孔深L與孔徑d之比大于5(即L/d＞5)的孔被稱為深孔加工。本文要介紹的槍鉆加工是深孔加工中的一類，具有一次鉆削就能獲得良好精度的特點，是采用外排屑方式加工φ1～φ40 mm深孔的常用方法。隨著科技的不斷進步，其鉆孔深徑比正逐漸加大，零件材質也在不斷更新，一些特殊材料的強度、硬度都比較大，成本和質量要求高，一旦最終產品孔徑、直線度及中心線偏斜等達不到要求，損失就會很大。而在這些參數中，以中心線偏斜數據為用戶的關注重點，因此各種情況下中心線偏斜質量控制，尤其是在線控制、及時糾偏，減少廢品率成為我們探索研究的目標。

中心線偏斜是槍鉆加工行業(yè)的常用術語，即實際加工孔中心線與理論中心線在全長上的偏斜程度。從實際應用來看，是從入口端到出口端中心線偏離理論中心線的最大數值max，如圖1所示。

圖1 鉆孔深度與中心線偏斜關系圖

但中心線偏斜這個名詞應使用哪個形位公差標注在槍鉆行業(yè)尚沒有統(tǒng)一的規(guī)定，因此用戶零件圖上就存在使用同軸度、位置度及全跳動公差等標注的情況。筆者通過測量實踐和對概念的深入理解發(fā)現:①中心線偏斜數值正好是同軸度公差的一半。②在用坐標法測量線位置度時，位置度誤差結果和同軸度結果相同。③徑向全跳動是控制圓表面形狀誤差、軸線直線度及同軸度等誤差的一個綜合反映，現場測量中心線偏斜可以借用徑向全跳動指示表法。因此中心線偏斜的測量就可以借鑒以上不同的測量方法。

2.孔中心線偏斜控制難點

在加工過程中，孔中心線偏斜的質量控制十分困難，尤其是在線測量還是亟待攻克的難題。深孔加工存在兩類情況，一類是加工盲孔即不透孔，盲孔檢測難度較大，只能了解起始端的質量，但通常起始端的中心線偏斜很小，如僅靠起始端推測判定該零件質量，顯然不符合實際，也不科學，因此很多時候都是截斷盲孔另一端，來獲得孔口和末端的偏斜程度。但孔截斷存在缺點:①由于切斷應力可能會產生少許變形，影響最終零件質量。②屬于破壞性檢測，不能為了檢測而將所有零件截斷，尤其是零件數量少、成本較高時，采用全部截斷方法控制質量不現實。③槍鉆加工的孔徑一般很小 (φ1～φ40 mm)，深徑比超過100以上時，在現場測量φ4 mm以下的孔徑及中心線偏斜很困難。另一類是加工透孔，在孔徑范圍允許的情況下，可以借用現場一些檢測方法檢測孔偏斜程度，相比前者難度有所降低。但無論是透孔還是不透孔，如何準確測量中心線偏斜都是我們共同研究的課題。

3.現場實際零件舉例分析

如在ZK—A系列單軸數控槍鉆機床上加工汽車齒輪箱用凸輪軸，如圖2所示，盲孔深393 mm，孔徑φ10 mm，深徑比為393/10=39.3。

圖2

中心線偏斜要求:圖樣上通過全跳動公差體現，全長0.6 mm，中心線偏斜是全跳動的一半，因此中心線偏斜要求為0.3 mm。由于本例不能用指示表法測得全跳動公差，因此只能借用同軸度測量法。

處理方式一為截斷左端使盲孔變?yōu)橥缚?，這樣通過測量兩端孔，獲得孔與外圓基準的同軸度誤差，除以2即為中心線偏斜。可采用三坐標測量機測量。

(1)借鑒公共軸線法:①分別測量圖2中A、B、C、D 4個基準的外圓，以四個外圓的圓心共同擬合一條直線，作為基準軸線。②在內孔兩端分別測出兩個截面圓1、2，4、5(見圖3)，以1、2圓心中點建立截面圓3，以4、5圓心中點建立截面圓6，以3與6圓心坐標建立實際孔中心軸線。③三坐標測量機計算孔軸線對外圓基準軸線的同軸度。試驗時測得同軸度為0.58 mm，即中心線偏斜數據為0.58/2=0.29 mm。

圖3

(2)測量坐標公式法:此方法也是應用同軸度測量方法除以2獲得。根據同軸度定義，同軸度誤差是以基準軸線定位，包容被測實際軸線直徑為φf的圓柱內的最小區(qū)域。

如圖4所示，將零件平放，只取在Y－Z平面的投影。

圖4

以外圓基準軸線設為零點，測得兩端坐標值，因三坐標按Y－Z平面投影，不考慮X軸方向，所以坐標為2維 (Y，Z)坐標 (見表1)。

表1 (單位:mm)

處理方式二為無損檢測。檢測儀器為超聲波測厚儀 (見圖5)。具體檢測方法是按工件材質校對好超聲波測厚儀，然后在工件上進行檢測，檢測面要求精加工，消除基準本身誤差。

圖5

(3)測量距離法1:測量內、外圓間的最大與最小壁厚a、b(見圖6)，同軸度誤差值為f=a－b，中心線偏斜則為其一半。此法適用于測量誤差較小的零件。測厚儀檢測取點如圖7所示。

圖6 測量距離法示意

圖7 測厚儀檢測取點

檢測數值如表2、表3所示。

表2 (單位:mm)

表3 (單位:mm)

偏斜結果取最大值0.26 mm，此法適合測量誤差較小的方法，要得到更為精確的結果，我們不妨考慮下述方法。

(4)測量距離法2:通過壁厚推算該截面內對應孔中心坐標，通過坐標法獲得中心線偏離最大值。通過1點和3點決定Y軸中心偏離量，通過2點和4點確定Z軸偏離量。本例中A、B、C、D 4個基準上1點壁厚始終大于3點壁厚，因此推測Y軸坐標為正值，而2點壁厚始終大于4點壁厚，得出Z軸坐標為負值。通過勾股定理計算實際偏離量 (見表4)。

表4 (單位:mm)

利用MINITAB軟件繪出測量結果如圖8、圖9所示。

圖8 中心線偏斜量隨鉆孔深度變化趨勢

圖9 中心線偏斜在X－Y－Z平面3維點變化

由圖8、圖9可以看出:①中心線偏斜量從入口端D端到A端非線性增加，需查找原因調節(jié)機床。②中心線隨鉆孔切削深度的增加，偏斜方向為斜下方，超差0.04 mm，應向相反方向調節(jié)機床。

4.糾偏方法簡介

目前還無法做到在線測量和糾偏，只能在加工過程中停機測量 (采用超聲波測量法)。

(1)調整鉆削工藝糾偏:即鉆削工件1/2長度時，若偏斜未超差就繼續(xù)鉆通;若超差就卸下工件掉頭與原孔打通，最后鏜通孔。

(2)調整工件軸中心線位置糾偏:在鉆削到一定深度時，測量偏斜量達到糾偏范圍，可用調整工件軸心位置法來糾偏。

(3)調整刀具幾何參數糾偏:偏斜量較大時可以適當地修磨鉆頭的內角、外角和鉆尖偏心量，以改變刀具的受力狀況。

5.結語

本文總結了深孔加工中心線偏斜的幾種檢測方法，介紹了超聲波檢測儀在中心線偏斜測量方面的應用技巧。盡管超聲波檢測儀的測量精度沒有三坐標測量機的測量精度高，但是在現場糾偏功能上，利用超聲波檢測儀還是有一定優(yōu)勢的。今后，我們還要繼續(xù)研究槍鉆加工檢測方法，希望通過在線糾偏方法，減少深孔零件的廢品率，降低加工成本。