CN105598501A - 一种断续深孔的反镗加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种断续深孔的反镗加工装置，其包括：刀杆和刀具，刀杆头部为用于与机床主轴连接的键槽直柄式结构，刀杆尾部设置用于将刀杆支撑定位在工作台上的支撑结构，刀杆中部间隔设置五个刀具安装孔，靠近刀杆尾部的第一安装孔用于安装阶梯孔加工刀具，其余四个安装孔用于安装通孔加工刀具，两种刀具均为装夹式可调单刃镗刀，刀具安装孔的设置位置以满足柴油机喷油泵体凸轮轴孔的加工位置为准，阶梯孔加工刀具和通孔加工刀具的设置以满足凸轮轴孔直径大小和长度为准。本发明通过在刀杆上设置五个能够加工阶梯孔和通孔的装夹式可调单刃镗刀，能够满足系列化喷油泵体断续深孔的加工要求，通用化强，且加工精度和加工效率都得到了很大提高。

Description

一种断续深孔的反镗加工装置
技术领域
本发明属于锻造技术领域，涉及一种断续深孔的反镗加工装置。
背景技术
喷油泵体是某型号大功率柴油机的关键件，其凸轮轴孔主要功能作用是承载凸轮轴的旋转，并通过滚轮和挺柱体对柱塞传递上下运动，实现向气缸定时供油，确保柴油机性能和可靠性。
喷油泵体材料为高强度铝合金，其凸轮轴孔属于断续、大长径比深孔，设计精度高，加工难度大。喷油泵体凸轮轴孔的传统加工工艺是采用专用镗床从两端同时加工，保证凸轮轴孔同轴度和对柱塞孔的位置度，由于新品柴油机喷油泵体外形结构和定位支撑与传统喷油泵体不同，原有加工工艺无法满足新品喷油泵体凸轮轴孔的加工。为了保证新品柴油机的研发要求，采用卧式加工中心，通过旋转工作台分别从两头进行镗削完成断续深孔的加工。喷油泵体凸轮轴孔设计要求见图1。
根据图1设计要求和采用的工艺方案分析，产品加工后存在的主要问题是：喷油泵体的一端孔5(Φ62)对另一端孔1(Φ72)及中间孔2、孔3、孔4(Φ65)的同轴度超差0.005～0.03mm，喷油泵体的凸轮轴孔中部孔2、孔3和孔4(Φ65)对两端孔1和孔5的同轴度超差0.01～0.02mm，综合合格率仅为20％，制造成本高，严重影响了新产品研发要求。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种断续深孔的反镗加工装置，在喷油泵体不旋转和机床主轴不上下移动的情况下，通过一根整体刀杆与主轴连接并采取后座支撑，利用反镗技术实现大功率柴油机系列喷油泵体不同尺寸的断续深孔加工，降低制造成本，保证凸轮轴孔加工精度，满足新品柴油机研制要求。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种断续深孔的反镗加工装置，其包括：刀杆和刀具，刀杆头部为用于与机床主轴连接的键槽直柄式结构，刀杆尾部设置用于将刀杆支撑定位在工作台上的支撑结构，刀杆中部间隔设置五个刀具安装孔，靠近刀杆尾部的第一安装孔用于安装阶梯孔加工刀具，由第一安装孔至刀杆头部依次设置的第二安装孔、第三安装孔、第四安装孔、第五安装孔用于安装通孔加工刀具，阶梯孔加工刀具和通孔加工刀具均为装夹式可调单刃镗刀，第一安装孔至第五安装孔的设置位置以满足柴油机喷油泵体凸轮轴孔的加工位置为准，阶梯孔加工刀具和通孔加工刀具的设置以满足凸轮轴孔直径大小和长度为准。
其中，以键槽直柄式结构的柄部端面距离135mm处为坐标零点，第一安装孔与坐标零点之间的距离为554mm；由于是反镗切削，以第一安装孔为基准点，第二安装孔距离第一安装孔为178mm，第三安装孔距离第一安装孔为255mm，第四安装孔距离第一安装孔为335mm，第五安装孔距离第一安装孔为517mm。
其中，所述刀杆的直径分段设计，刀杆中部直径为Φ52～Φ55mm，长度为568mm；刀杆尾部直径小于Φ52mm，长度为198mm。
其中，所述刀具安装的主偏角为75°～90°，每个刀具安装孔中心线与刀杆中心线的偏移量设置为2mm。
其中，加工第一安装孔的阶梯孔加工刀具主偏角90°，前角设计为12°，后角设计为6°～8°，切削刃及刀尖圆弧R一般取0.2～0.5mm，并采用研磨工艺使表面粗糙度≤Ra0.1um；
加工第二安装孔至第五安装孔的通孔加工刀具主偏角为75°，前角为5°，后角设计为6°～8°，切削刃及刀尖圆弧R取0.2～0.5mm，并采用研磨工艺使表面粗糙度≤Ra0.1um。
其中，五个所述刀具安装孔的底部分别设置调节螺钉，通过调节螺钉调节刀具突出安装孔的长度，刀具安装孔的侧部设置压紧螺钉，用于夹紧刀具。
其中，所述支撑机构包括方形支座，其上开内孔，内孔内过盈装配衬套，衬套内孔直径与刀杆尾部直径相匹配，衬套内壁上开设螺旋状润滑槽，并开设连通衬套内孔和支座外部的润滑孔，润滑孔用于向衬套内通入润滑油。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的断续深孔的反镗加工装置，通过在刀杆上设置五个能够加工阶梯孔和通孔的装夹式可调单刃镗刀，能够满足系列化喷油泵体断续深孔的加工要求，通用化强，且加工精度和加工效率都得到了很大提高。
附图说明
图1为现有技术中喷油泵体凸轮轴孔设计结构示意图。
图2为本发明实施例中刀杆结构示意图，其中，b图为a图的D-D向视图。
图3为本发明实施例中一种刀具结构示意图。
图4为本发明实施例中另一种刀具结构示意图。
图5为本发明实施例中衬套结构示意图，b图为a图的剖视图。
图6为本发明实施例反镗装置加工示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参照图2至图6所示，本实施例断续深孔的反镗加工装置包括刀杆和刀具，刀杆头部6为用于与机床主轴连接的键槽直柄式结构，刀杆尾部14设置用于将刀杆支撑定位在工作台上的支撑结构，刀杆中部间隔设置五个刀具安装孔，靠近刀杆尾部14的第一安装孔01用于安装阶梯孔加工刀具，由第一安装孔01至刀杆头部6依次设置的第二安装孔02、第三安装孔03、第四安装孔04、第五安装孔05用于安装通孔加工刀具，阶梯孔加工刀具和通孔加工刀具均为装夹式可调单刃镗刀，第一安装孔01至第五安装孔05的设置位置以满足柴油机喷油泵体凸轮轴孔的加工位置为准，阶梯孔加工刀具和通孔加工刀具的设置以满足凸轮轴孔直径大小和长度为准。
本实施例中，根据新品系列柴油机喷油泵体凸轮轴孔直径大小和长度，整体刀杆的直径应分段设计，以提高刀杆刚性，防止振动；第五安装孔05(孔径Φ62)、第二安装孔02～第四安装孔04(孔径Φ65)及第一安装孔01(孔径Φ72)处的刀杆直径为Φ52～Φ55mm，为防止毛坯底孔干涉，刀杆直径最佳设计为Φ52mm，长度按刀具加工的行程及刀具安装位置设计为568mm，即刀杆中部的长度为568mm；刀杆头部06与机床主轴连接采用键槽直柄式结构，装夹方便、快捷，设计简单，制造成本低；由于采用反镗工艺，刀杆尾部14采用支撑结构，用于支撑的尾部长度按照刀具加工行程设计为198mm，直径应小于Φ52mm，考虑刀杆刚性和减少重量，尾部支撑直径最佳设计为Φ45mm；刀杆上安装5把镗刀，从制造成本考虑采用装夹式可调单刃镗刀，即将调节螺钉孔作在刀杆上，通过调节螺钉8调节刀具突出安装孔的长度，用压紧螺钉7夹紧镗刀，见图2所示。
为了减小由于径向力的作用而引起刀杆变形，刀具安装的主偏角选取75°～90°为宜。每个刀具安装孔中心线9与刀杆中心线10的偏移量设置为2mm，以避免刀具前后角的变化，提高加工精度。
本反镗装置以键槽结构的柄部端面距离135mm处为坐标零点，第一安装孔01与坐标零点之间的距离为554mm；由于是反镗切削，以第一安装孔01为基准点，第二安装孔02距离第一安装孔01为178mm，第三安装孔03距离第一安装孔01为255mm，第四安装孔04距离第一安装孔01为335mm，第五安装孔05距离第一安装孔01为517mm。无论采用何种机床加工，坐标零点时不变的，只要按照加工孔数量安装刀具，即可实现大功率柴油机系列化喷油泵体不同尺寸的断续深孔加工，因此，该反镗装置不仅能够满足断续深孔加工，而且通用性强。
本实施例中，考虑刀杆刚性，刀杆材料选用45Cr，热处理42～48HRC；刀具包括刀体11和刀片12，刀片12与刀体11焊接连接，由于硬质合金和高强度铝合金有强烈的亲和力，所以在柴油机铝合金材质零件制造中应用较为广泛，因此，刀体材料采用45#中碳钢，热处理硬度30～35HRC；刀片材料采用硬质合金，由于加工过程属于断续、多刀切削，冲击振动较大，为此优先选用YG8硬质合金。
为了保证刀具安装在刀杆上的稳定性和可靠性，选取五个刀具安装孔直径为表面粗糙度Ra1.6um；为保证刀具前后角加工时不引起变化，而影响加工质量，根据刀具刀尖到刀具中心的距离，刀杆中心线与刀具安装孔中心线的中心应偏移2mm；为了提高刀杆定位精度，刀杆尾部14与支撑机构采用微间隙滑动配合，刀杆尾部直径设计为表面粗糙度Ra0.4um；为了保证加工精度，垂直于刀杆中心的任一刀杆尾部的测量平面的同心圆之间的距离＜0.005mm，垂直于刀杆中心的任一刀杆主体的测量平面的同心圆之间的距离＜0.01mm。
本实施例中涉及两种刀具，加工第一安装孔01的阶梯孔加工刀具见图3，考虑加工的是阶梯孔，选用主偏角90°；根据加工材料，考虑硬质合金冲击韧性较低，为防止崩刃，前角设计为12°；为了减少后刀面与切削表面和已加工表面间的摩擦，提高表面光洁度，后角设计为6°～8°，最佳8°；为提高切削加工工艺性，切削刃及刀尖圆弧R一般取0.2～0.5，最佳0.2mm，并采用研磨工艺使表面粗糙度≤Ra0.1um；为了保证刀具安装在刀杆上的定位精度，设计刀具直径为表面粗糙度Ra1.6um。
加工第二安装孔02～第五安装孔05的通孔加工刀具见图4，考虑加工的是通孔，为了减小由于径向力的作用而引起刀杆变形，满足大走刀强力切削需求，主偏角设计为75°；由于加工的是通孔，多孔同时切削产生的冲击性较大，为此前角设计为5°；为了减少后刀面与切削表面和已加工表面间的摩擦，提高表面光洁度，后角设计为6°～8°，最佳8°；为提高切削加工工艺性，切削刃及刀尖圆弧R一般取0.2～0.5，最佳0.2mm，并采用研磨工艺使表面粗糙度≤Ra0.1um；为了保证刀具安装在刀杆上的定位精度，设计刀具直径为表面粗糙度Ra1.6um。
如图5所示，支撑机构采用槽系组合夹具的方形支承元件作为刀杆支承的支座13，根据方形支承元件内孔和刀杆尾部尺寸设计过渡衬套14，由于刀杆在衬套孔内需要完成旋转和移动工作，过渡衬套14选取具有较好的耐磨性材料，即QSn7-0.2，热处理≥200HB。根据槽系组合夹具的方形支承元件内孔尺寸精度，衬套装配采取过盈配合，衬套外圆直径设计为通过液氮冷却衬套后进行装配；衬套内孔直径设计为表面粗糙度Ra0.4um，以提高衬套与刀杆的定位精度，保证零件的加工质量；为了提高刀杆在衬套内移动的平稳性和可靠性，衬套内壁上开设螺旋状润滑槽15，并开设连通衬套内孔和支座外部的润滑孔16，润滑孔16用于向衬套内通入润滑油。
本实施例反镗加工装置应用于柴油机喷油泵体凸轮轴孔加工的示意图见图6所示，
通过生产验证，该装置定位准确，稳定性和可靠性较高，凸轮轴孔技术指标全部达到了设计要求，加工合格率100％。该发明已应用于所有大功率柴油机直列式喷油泵体此结构的的研制与批量生产，特别是在俄罗斯坦克大赛和9.3阅兵参赛的坦克发动机制造中得到了应用，具有显著的军事效益和经济效益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种断续深孔的反镗加工装置，其特征在于，包括：刀杆和刀具，刀杆头部为用于与机床主轴连接的键槽直柄式结构，刀杆尾部设置用于将刀杆支撑定位在工作台上的支撑结构，刀杆中部间隔设置五个刀具安装孔，靠近刀杆尾部的第一安装孔用于安装阶梯孔加工刀具，由第一安装孔至刀杆头部依次设置的第二安装孔、第三安装孔、第四安装孔、第五安装孔用于安装通孔加工刀具，阶梯孔加工刀具和通孔加工刀具均为装夹式可调单刃镗刀，第一安装孔至第五安装孔的设置位置以满足柴油机喷油泵体凸轮轴孔的加工位置为准，阶梯孔加工刀具和通孔加工刀具的设置以满足凸轮轴孔直径大小和长度为准。
2.如权利要求1所述的断续深孔的反镗加工装置，其特征在于，以键槽直柄式结构的柄部端面距离135mm处为坐标零点，第一安装孔与坐标零点之间的距离为554mm；由于是反镗切削，以第一安装孔为基准点，第二安装孔距离第一安装孔为178mm，第三安装孔距离第一安装孔为255mm，第四安装孔距离第一安装孔为335mm，第五安装孔距离第一安装孔为517mm。
3.如权利要求1所述的断续深孔的反镗加工装置，其特征在于，所述刀杆的直径分段设计，刀杆中部直径为Φ52～Φ55mm，长度为568mm；刀杆尾部直径小于Φ52mm，长度为198mm。
4.如权利要求1所述的断续深孔的反镗加工装置，其特征在于，所述刀具安装的主偏角为75°～90°，每个刀具安装孔中心线与刀杆中心线的偏移量设置为2mm。
5.如权利要求4所述的断续深孔的反镗加工装置，其特征在于，加工第一安装孔的阶梯孔加工刀具主偏角90°，前角设计为12°，后角设计为6°～8°，切削刃及刀尖圆弧R一般取0.2～0.5mm，并采用研磨工艺使表面粗糙度≤Ra0.1um；
加工第二安装孔至第五安装孔的通孔加工刀具主偏角为75°，前角为5°，后角设计为6°～8°，切削刃及刀尖圆弧R取0.2～0.5mm，并采用研磨工艺使表面粗糙度≤Ra0.1um。
6.如权利要求1所述的断续深孔的反镗加工装置，其特征在于，五个所述刀具安装孔的底部分别设置调节螺钉，通过调节螺钉调节刀具突出安装孔的长度，刀具安装孔的侧部设置压紧螺钉，用于夹紧刀具。
7.如权利要求1所述的断续深孔的反镗加工装置，其特征在于，所述支撑机构包括方形支座，其上开内孔，内孔内过盈装配衬套，衬套内孔直径与刀杆尾部直径相匹配，衬套内壁上开设螺旋状润滑槽，并开设连通衬套内孔和支座外部的润滑孔，润滑孔用于向衬套内通入润滑油。
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