張金生 茍羅成 廖世超 譚萬斌

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618013)

水壓機(jī)操作機(jī)的鉗桿軸和移動軸內(nèi)孔要求極高，不但對同軸度、粗糙度等有嚴(yán)格要求，還必須保證大落差端面的垂直度，而這些指標(biāo)與操作機(jī)的工作精度緊密相關(guān)，也直接影響到操作機(jī)的維修周期。常規(guī)的加工方案都不能同時(shí)保證同軸度、粗糙度和垂直度等指標(biāo)要求。專用工裝設(shè)計(jì)結(jié)合了各種加工方法的優(yōu)勢，同時(shí)避免了傳統(tǒng)加工方法的不足，利用車削方式達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1 技術(shù)背景

目前，在重型機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域，加工回轉(zhuǎn)類零件臺階孔的方法主要有三種。

(1)在鏜床上加工臺階孔。刀具從大直徑一端進(jìn)入孔內(nèi)，通過鏜削或銑削的方式加工內(nèi)孔和各端面。由于鏜桿的Z向行程為1.2 m，無法加工深度大于1.2 m的臺階孔。

(2)在立式車床上加工臺階孔。刀具從大直徑一端進(jìn)入孔內(nèi)，通過車削的方式加工內(nèi)孔和各端面。由于立式車床的立柱較大，最小立柱截面尺寸為300 mm×300 mm，加工孔徑較大的臺階孔時(shí)，立柱側(cè)面會與孔壁干涉，導(dǎo)致無法繼續(xù)加工；同時(shí)，在工件總長尺寸較大時(shí)，工件裝夾的穩(wěn)定性差，立柱的Z向行程也難以滿足加工要求。

(3)在深孔鉆床上加工臺階孔。支撐在大孔孔壁，加工小孔及端面，依次完成所有孔表面和端面的加工。深孔加工臺階孔的最大局限性在于只能通過接刀的方式加工臺階孔的端面，端面的平面度、垂直度、粗糙度等難以達(dá)到較高要求。

針對以上現(xiàn)狀，必須尋求新的加工方法，才能加工出總長尺寸大、同軸度要求高、端面垂直度和平面度小的臺階孔。臺階孔的加工有兩種方式，一種是刀具從大直徑孔一端進(jìn)入工件內(nèi)部，如以上列舉的三種方法；另一種是刀具從小直徑孔一端進(jìn)入工件內(nèi)部。這里主要闡述刀具從小直徑孔一端進(jìn)入工件內(nèi)部，加工各臺階孔表面及各端面。

刀具從小直徑孔一端進(jìn)入工件存在的主要問題是：刀具的伸長量L必須滿足加工端面的要求，即L=(D-d)2，而最小直徑d1的內(nèi)孔起到關(guān)鍵的限制作用，這就要求專用工裝的徑向空間ΔL很小，ΔL=d1-L。

圖1 高精度臺階孔零件示意圖圖Figure 1 Components of high precision stepped hole

2 專用工裝的結(jié)構(gòu)

以圖1高精度臺階孔零件為例，?478孔的端面落差=(478-230)÷2=124 mm，即所用刀具的伸長量至少要保證124 mm，加上進(jìn)刀間隙，刀具的伸長量應(yīng)為130 mm較為合適。這種情況下，專用工裝的桿部直徑應(yīng)小于?100 mm，而其長度應(yīng)為1000 mm～1100 mm，長徑比已經(jīng)超過10倍，工裝剛性極差，在加工過程中會出現(xiàn)振動現(xiàn)象，嚴(yán)重影響加工質(zhì)量。因此，利用有限空間，設(shè)計(jì)桿部為橢圓形結(jié)構(gòu)的專用工裝(見圖2)，對增強(qiáng)專用工裝桿部剛性起到積極作用。

根據(jù)以上思路設(shè)計(jì)專用工裝，其截面外形為橢圓形，中心有橢圓形通孔。專用工裝主要由前夾持座、后夾持座、橢圓桿部、刀方座、刀具、攝像頭孔、支撐座、導(dǎo)向槽等組成。其中，通過裝配后焊接的方式將前夾持座和后夾持座與橢圓桿部連接，為提高專用工裝的通用性，后夾持座尺寸可適應(yīng)多臺數(shù)控車床的不同結(jié)構(gòu)尺寸；通過裝配后焊接的方式將刀方座與橢圓桿部連接；刀方座上設(shè)計(jì)有攝像頭孔，可安裝攝像頭，用于觀察加工過程；支撐座用于加工中心小孔，鉆頭、車刀等安裝在刀具安裝孔內(nèi)，如圖3所示。

圖2 專用工裝示意圖Figure 2 Special tool

圖3 專用工裝結(jié)構(gòu)圖Figure 3 Structure of special tool

圖4 高精度小孔示意圖Figure 4 Small hole with high precision

專用工裝固定在臥式車床的刀排上，工件采用一夾一架的方式進(jìn)行裝夾，通過機(jī)床的Z軸實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給，通過機(jī)床的X軸實(shí)現(xiàn)徑向進(jìn)給。截面為橢圓的桿部利用了內(nèi)孔有限的徑向空間，在保證刀具伸長量足夠的條件下，增加了桿部的剛性，實(shí)現(xiàn)從小孔徑一端進(jìn)入工件內(nèi)部，對臺階孔及其端面進(jìn)行精加工。

通過實(shí)際應(yīng)用，專用工裝的剛性完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了加工臺階孔及端面的功能，得到良好的表面粗糙度。由于一次裝夾完成了內(nèi)孔及端面的加工，有效保證了同軸度和端面垂直度，避免了多次裝夾找正的問題，減少了輔助時(shí)間。

3 小孔的加工方法

如圖4所示的?50H8的小孔，要求其同軸度0.02 mm，底面垂直度0.03 mm，粗糙度Ra1.6 μm。從加工思路分析，可以通過鏜床和深孔鉆床來加工，但選用鏜床加工的話不能保證0.02 mm的同軸度，選用深孔鉆床加工則不能保證底面的垂直度。所以選用這兩種加工方式均不能滿足圖紙的設(shè)計(jì)要求。

專用工裝能夠很好地解決以上難題。如圖5所示，在專用工裝前端安裝支撐座，鉆頭安裝在刀具安裝孔內(nèi)，通過螺釘壓緊。導(dǎo)向槽內(nèi)安裝導(dǎo)向鍵，對支撐座進(jìn)行支撐，保證專用工裝在懸伸較大的情況下的穩(wěn)定性。根據(jù)孔徑大小，可選擇不同規(guī)格的鉆頭進(jìn)行鉆孔和擴(kuò)孔，然后使用車刀對孔進(jìn)行精加工；這樣可以很好地保證同軸度、粗糙度和垂直度等要求。當(dāng)然，專用工裝也可以實(shí)現(xiàn)孔底中心部位的M16-6H螺孔的鉆孔和攻絲。

圖5 高精度小孔工裝示意圖Figure 5 Tool for small hole with high precision

4 加工精度分析

如圖1和圖4所示兩種結(jié)構(gòu)的臺階孔，選用深孔鉆床來加工，同軸度可達(dá)到0.02 mm，端面垂直度可達(dá)到0.3 mm，端面粗糙度可達(dá)到Ra6.3 μm，內(nèi)孔表面局部需要接刀才能完成加工；若選用鏜床加工，能夠達(dá)到的各項(xiàng)精度指標(biāo)較差。

采用一夾一架的裝夾方式，在使用專用工裝的條件下，均可一次裝夾完成所有高精度部位的加工，同軸度可達(dá)到0.01 mm以內(nèi)。采用車削的方式加工各端面，避免了接刀的問題，端面的垂直度可達(dá)到0.02 mm以內(nèi)，粗糙度可達(dá)到Ra1.6 μm。

5 結(jié)論

通過設(shè)計(jì)專用工裝，利用有限的進(jìn)刀空間，解決了高精度臺階孔的孔壁、底面、端面的加工難題，嚴(yán)格保證了尺寸及形位公差。突破了傳統(tǒng)的內(nèi)孔加工方式，有效地避免了工件多次裝夾找正的誤差，同時(shí)，用車削方式代替深孔鉆床的成型刀加工法，極大地降低了對刀具精度的要求。雖然需要設(shè)計(jì)制作相關(guān)部件，但相關(guān)部件的設(shè)計(jì)和加工極為簡單，而且具有良好的通用性。