CN106001650A - 一种大长径比带导向分段式镗杆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于深孔内槽镗削加工的带导向分段式镗杆,包括导向部分、液压驱动部分、刀头部分、空心镗杆和芯杆。导向部分与空心镗杆通过螺纹相连接。空心镗杆与柱塞缸通过螺纹相连接,并利用定位螺钉进行周向定位。芯杆位于空心镗杆的内孔中,通过圆柱销与柱塞相连接。在镗削过程中,导向部分起支撑作用,可有效提高刀头部分的局部静刚度。刀头部分包括两个对称分布的刀片,可抵消镗削加工时的径向力和切向力,改善刀头处的受力情况。较之现有技术的镗杆,本发明的带导向分段式镗杆具有较高的静刚度,能承受更大的切削力,大大提高了深孔内槽镗削的加工精度和加工表面质量,且同样适用于深长孔的镗削,加工范围较广。
Description
技术领域
本发明属于深孔内槽加工领域,特别是一种大长径比带导向分段式镗杆。
背景技术
在现有的机械加工领域内,镗杆是对孔内槽加工或孔加工的一种主要工具。然而在深孔内槽的镗削过程中,由于镗刀处于半封闭的状态,镗杆结构尺寸受到工件的限制,长径比较大(L/D大于15),刚度相对较弱,并且镗削过程中镗杆处于悬伸状态,若未添加相应的导向或支撑,刀头处受力产生的变形较大,容易导致让刀现象的发生,严重影响深孔内槽的加工精度。
为了增大镗杆的刚度,目前通用的解决方法是减少悬伸长度或增大镗杆本体的直径,但对于深长孔工件来说,该方法不可行,因此单纯改变镗杆本身尺寸具有一定的局限性;除此方法之外,也可以选用高弹性模量的材料制造刀杆,如硬质合金、陶瓷、CFRP等,但是此类材料加工较为困难且韧性较差,单纯改变镗杆的材料同样难以满足深孔内槽镗削的加工要求。
申请号为201210210090.8,名为《一种带辅助支撑的圆柱深孔镗削装置》的中国专利公开了一种带辅助支撑的圆柱深孔镗杆,具有刀具自动伸缩装置,可避免退刀时刀具划伤加工表面,且在相对于刀具的切向和径向位置处均设置了浮动支撑。但是该镗杆未设置合理的排屑结构,切屑容易堵塞在刀头部位,严重影响加工表面质量和刀具寿命,且刀头处只设置了单个镗刀,径向力和切向力无法抵消,只依靠浮动支撑承担,未能充分提高镗刀杆的刚度;除此之外,镗杆是通过旋转手柄来带动双锥面芯杆轴向移动的,镗削深长孔时,只需要一次进给和退刀,若加工对象为多层深长孔内槽,则需要反复多次旋转手柄,操作较为繁琐,且加工精度无法保证。
杨红丽的一篇名为《内孔油槽多用铰刀》的论文中介绍了一种孔内槽加工专用铰刀,该刀具依靠推块的锥形面和压刀弹簧分别实现径向进给和退刀,该铰刀刀片对称布置,因此切削径向力和切向力可相互抵消,刀杆的刚度得到一定的提高,但是刀杆未添加相应的导向或支撑,加工过程中刀具仍为悬伸状态,因此不适于加工长径比较大的深孔内槽,且刀杆缺少合理的排屑结构,切屑容易堵塞在刀头部位和压刀弹簧处。另外利用该刀杆镗削多层环形槽时,必须调解调整衬套的轴向位置,操作同样较为繁琐,且无法保证环形槽之间的轴向尺寸精度。
由上可知,在深孔内槽加工领域中,现有的技术只包含单侧刀片或缺少相应的导向支撑,并未充分提高镗杆的刚度,且轴向位置控制灵活性较差,操作较为繁琐,轴向尺寸精度难以保证。而且多数刀杆缺少合理的排屑结构,切屑容易堵塞在加工位置处,刀具寿命和表面质量受到影响。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种大长径比带导向分段式镗杆。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种大长径比带导向分段式镗杆,包括挡板、导向头、复位弹簧、刀片、空心镗杆、芯杆、柱塞缸、柱塞、滚柱、切削液管、液压油管、螺钉、销钉、拉簧;
所述挡板的后端设置导向头,导向头的周向均匀开有6个圆柱形凹槽,凹槽槽口为收紧结构,用于安装滚柱,导向头的后端设置空心镗杆,在导向头以及空心镗杆上轴向对称开有2个用于安装切削液管的通孔,切削液管的一端位于导向头前端,切削液管的末端通向刀片处,空心镗杆的后端与柱塞缸相连,空心镗杆内设有芯杆和复位弹簧,复位弹簧的一端与导向头中心的盲孔底面相紧靠,复位弹簧的另一端与芯杆的前端相紧靠,芯杆后端与柱塞缸中的柱塞相连,柱塞缸底部的中心轴处设置液压油管,该液压油管的一端与柱塞缸相通,液压油管的另一端与外界液压泵相通。
本发明与现有技术相比,其显著优点为:(1)本发明的刀头部分对称设置了两个成形刀片,镗削过程中的切向力和径向力可相互抵消,改善了刀头处的受力情况。(2)导向头与空心镗杆螺纹连接,可将普通镗杆的悬臂梁模型变为简支梁模型,且刀头距导向头支撑点处较近,大大增大了刀头的局部静刚度,减小了受力变形,避免了让刀现象的发生。(3)导向头通过滚柱与工件内壁接触,可大大减少与工件内壁的摩擦力,避免了由于工件转动带来的附加扭矩造成螺纹连接松动。(4)镗杆采用柱塞缸驱动,结构简单,传动平稳,且有良好的吸振缓冲功能。(5)芯杆采用高弹性模量的硬质合金材料,可进一步的增大刀杆的刚度。(6)镗杆依靠柱塞的往复运动实现进退刀,依靠机床刀架带动镗杆轴向移动,可实现多层环形内槽的镗削加工,操作较为灵活,且轴向尺寸精度能够保证。(7)芯杆轴向运动到一定位置后,锁紧柱塞缸,使其轴向位置固定,镗杆依靠机床刀架整体轴向进给,可以用于深长孔镗削加工,加工范围较广。(8)镗杆设置有合理的排屑结构,加工条件得到改善,刀具寿命和加工表面质量得到提高。(9)镗杆为分段式结构,制造工艺上容易实现。
附图说明
图1是本发明镗杆的纵剖结构示意图。
图2是本发明镗杆的俯视结构示意图。
图3是沿图1中的A-A线的剖视图。
图4是沿图1中的B-B线的剖视图。
图5是空心镗杆的主视结构示意图。
图6是空心镗杆的左视结构示意图。
图7是导向头的俯视结构示意图。
图中标号含义如下:1-六角螺钉;2-挡板;3-导向头;4-复位弹簧;5-刀片;6-空心镗杆;7-芯杆;8-定位螺钉;9-柱塞缸;10-柱塞;11-滚柱;12-切削液管;13-圆柱销;14-液压油管;15-螺钉;16-销钉;17-拉簧。
具体实施方式
本发明的一种大长径比带导向分段式镗杆,包括挡板2、导向头3、复位弹簧4、刀片5、空心镗杆6、芯杆7、柱塞缸9、柱塞10、滚柱11、切削液管12、液压油管14、螺钉15、销钉16、拉簧17;
所述挡板2的后端设置导向头3,导向头3的周向均匀开有6个圆柱形凹槽,凹槽槽口为收紧结构,用于安装滚柱11,导向头3的后端设置空心镗杆6,在导向头3以及空心镗杆6上轴向对称开有2个用于安装切削液管12的通孔,切削液管12的一端位于导向头3前端,切削液管12的末端通向刀片5处,空心镗杆6的后端与柱塞缸9相连,空心镗杆6内设有芯杆7和复位弹簧4,复位弹簧4的一端与导向头3中心的盲孔底面相紧靠,复位弹簧4的另一端与芯杆7的前端相紧靠,芯杆7后端与柱塞缸9中的柱塞10相连,柱塞缸9底部的中心轴处设置液压油管14,该液压油管14的一端与柱塞缸9相通,液压油管14的另一端与外界液压泵相通。
所述空心镗杆6的前端径向开有通槽,通槽内对称安装有两个刀片5,在空心镗杆6的外侧对称铣有两个直槽,刀片5上对称安装有两个螺钉15,螺钉15穿过空心镗杆6的直槽底部所设的长圆形导向槽,螺钉15与安装在空心镗杆6直槽底面的销钉16通过拉簧17相连。
所述挡板2上开有通槽,通槽径向尺寸大于导向头3上用于安装切削液管12的通孔直径。
所述挡板2与导向头3通过六角螺钉1相固连,导向头3与空心镗杆6螺纹连接,空心镗杆6与柱塞缸9螺纹连接,并通过定位螺钉8周向定位,芯杆7与柱塞10通过圆柱销13相固连。
所述芯杆7包括小直径段、连接段和大直径段,所述小直径段位于芯杆7的前端,大直径段位于芯杆7的后端,连接段为锥形结构,其锥度为15°,刀片5的径向一侧开有半圆锥形内孔,锥度为15°,与芯杆7上的连接段相配合。
所述滚柱11采用GCr15SiMn材料,芯杆7采用硬质合金材料,复位弹簧4和拉簧17均采用70钢材料。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例
如图1是本发明的大长径比带导向分段式镗杆的纵剖结构示意图,它主要适用于直径较小的深长孔及深长孔环形内槽的镗削加工。镗杆的长径比为17:1,刀杆主体直径为20mm。镗杆由导向部分、液压驱动部分、刀头部分、空心镗杆和芯杆组成。导向部分为镗杆提供支撑,改变了镗杆镗削时的悬伸状态,且加工部位距导向头支撑点处较近,有效的提高了刀头处的局部静刚度。芯杆采用了弹性模量较大的材料,可进一步提高镗杆的整体刚度。
导向部分由六角螺钉1,挡板2,导向头3和滚柱11组成,导向头3采用综合性能较好的45钢材料,轴向均匀开有6个圆柱形凹槽,用于安装滚柱11,槽口为收紧结构,可避免加工过程中滚柱11掉落,如图3所示,在导向头3上靠近外侧处轴向对称开有两个通孔,用于安装切削液管12,镗削过程中,切削液冲向刀头,可以起到冷却和排屑的作用,改善深孔内槽镗削的加工条件,在干切削时,从切削液管12通入高压气体,也能起到及时排屑的作用。挡板2同样采用45钢材料,依靠六角螺钉1与导向头3相连,用于滚柱11的轴向定位,挡板2上开有通槽,通槽径向尺寸大于导向头3上的通孔直径,避免干涉切削液管12的安装。滚柱11采用GCr15SiMn材料,具有良好的耐磨性和冲击韧性,加工过程中滚柱11与工件内壁接触,可大大减少与工件内壁的摩擦力,避免工件旋转带来的附加扭矩,防止导向头3与空心镗杆6之间的螺纹连接发生松动。
空心镗杆6采用45钢材料,长度为镗杆总长度的三分之一,如图1所示,空心镗杆6与导向头3通过螺纹相连接,在螺纹段后面对称开有两个通孔,通孔的前端与导向头3的通孔相对应,后端可达到刀头部位,用于安装切削液管12。空心镗杆6的中心孔内安装有芯杆7和复位弹簧4,复位弹簧4的一端与导向头[3]中心的盲孔底面相紧靠,另一端与芯杆7的前端面相紧靠,如图5和图6所示,在安装切削液管12的通孔后面轴向铣有通槽,用于安装刀片5以及刀片5的轴向定位,并在通槽处的镗杆外侧对称铣有两个直槽,在直槽底面设有圆孔和长圆形导向槽,圆孔用于安装销钉16,螺钉15穿过长圆形导向槽安装在刀片5上。
芯杆7采用高弹性模量的硬质合金材料,可进一步的提高镗杆的刚度,减小镗杆的受力变形。芯杆7由小直径段、连接段和大直径段组成,其中连接段为锥形结构,与刀片5上的内圆锥面相配合,可驱动刀片5径向进给,连接段前面的小直径段与空心镗杆6的内孔相配合,可将切削力通过空心镗杆6传递给导向头3,大大减小了刀头处的受力变形,提高了加工精度和加工表面质量。
刀头部分由两个刀片5,螺钉15,销钉16和拉簧17组成。刀片5基体采用加工性能较好的45钢材料,切削加工部分镶嵌在刀片基体上,采用硬度较高的PCD材料,可减少刀具磨损,提高加工表面质量。刀片5对称分布,镗削过程中的径向力和切向力可相互抵消,刀杆只承受轴向力和切向力带来的附加扭矩,但是由于镗杆杆体直径较小,附加扭矩也较小,且轴向力对刀杆刚度的影响较小,因此刀头处的受力情况得到大大改善,镗杆可以承受更大的切削力,能够加工长径比更大的深孔内槽。拉簧17采用70钢材料,具有良好的强度和韧性。螺钉15和销钉16之间通过拉簧17相连接,在内槽镗削完成后,依靠拉簧17实现刀片5的退刀,以免镗杆轴向移动时划伤工件或刀具卡死。
液压驱动部分由柱塞缸9,柱塞10和复位弹簧4组成,柱塞缸9采用45锻钢材料,柱塞缸9的小直径段与空心镗杆6的后端螺纹连接,并在螺纹位置处设有定位螺钉8,防止周向活动或连接松动。柱塞10采用45钢材料调质后高频淬火,通过圆柱销13与芯杆7的大直径段相连接,可带动芯杆7轴向进给。复位弹簧4同样采用70钢材料,用于柱塞10和芯杆7的轴向复位。柱塞缸9的底部设有通液压油管14的管孔。
镗削过程为:镗杆到达加工位置后,液压油管14进油,芯杆7在柱塞10的带动下轴向进给,驱动刀片5径向伸出,开始镗削孔内环形槽。当单个内槽加工完成后,依靠复位弹簧4实现芯杆7的轴向复位,刀片5在拉簧17的作用下径向退刀,机床刀架带动镗杆轴向移动到下个加工位置,如此便可实现多层环形槽的镗削加工,操作较为简便,轴向尺寸精度可以依靠机床刀架得到保证。
当刀片5径向伸出到一定位置后,锁紧柱塞10,使得芯杆7的轴向位置固定,机床刀架带动镗杆整体轴向进给,便可实现深长孔的镗削加工,加工范围较广。
分别对本发明的专用镗杆和普通45钢材料的相同长径比的镗杆进行静力学仿真对比分析,分别加载150N的径向力,本发明镗杆的刀头处径向位移0.00055mm,而普通镗杆的刀头处径向位移为0.74mm。由上可以看出,本发明镗杆的刀头处局部静刚度得到大大提高,能够有效抑制刀头处让刀现象的发生,加工精度得到显著提高。
Claims (6)
1.一种大长径比带导向分段式镗杆,其特征在于,包括挡板[2]、导向头[3]、复位弹簧[4]、刀片[5]、空心镗杆[6]、芯杆[7]、柱塞缸[9]、柱塞[10]、滚柱[11]、切削液管[12]、液压油管[14]、螺钉[15]、销钉[16]、拉簧[17];
所述挡板[2]的后端设置导向头[3],导向头[3]的周向均匀开有6个圆柱形凹槽,凹槽槽口为收紧结构,用于安装滚柱[11],导向头[3]的后端设置空心镗杆[6],在导向头[3]以及空心镗杆[6]上轴向对称开有2个用于安装切削液管[12]的通孔,切削液管[12]的一端位于导向头[3]前端,切削液管[12]的末端通向刀片[5]处,空心镗杆[6]的后端与柱塞缸[9]相连,空心镗杆[6]内设有芯杆[7]和复位弹簧[4],复位弹簧[4]的一端与导向头[3]中心的盲孔底面相紧靠,复位弹簧[4]的另一端与芯杆[7]的前端相紧靠,芯杆[7]后端与柱塞缸[9]中的柱塞[10]相连,柱塞缸[9]底部的中心轴处设置液压油管[14],该液压油管[14]的一端与柱塞缸[9]相通,液压油管[14]的另一端与外界液压泵相通。
2.根据权利要求1所述的大长径比带导向分段式镗杆,其特征在于,空心镗杆[6]的前端径向开有通槽,通槽内对称安装有两个刀片[5],在空心镗杆[6]的外侧对称铣有两个直槽,刀片[5]上对称安装有两个螺钉[15],螺钉[15]穿过空心镗杆[6]直槽底面所设的长圆形导向槽,螺钉[15]与安装在空心镗杆[6]直槽底面的销钉[16]通过拉簧[17]相连。
3.根据权利要求1所述的大长径比带导向分段式镗杆,其特征在于,挡板[2]上开有通槽,通槽径向尺寸大于导向头[3]上用于安装切削液管[12]的通孔直径。
4.根据权利要求1所述的大长径比带导向分段式镗杆,其特征在于,挡板[2]与导向头[3]通过六角螺钉[1]相固连,导向头[3]与空心镗杆[6]螺纹连接,空心镗杆[6]与柱塞缸[9]螺纹连接,并通过定位螺钉[8]周向定位,芯杆[7]与柱塞[10]通过圆柱销[13]相固连。
5.根据权利要求1所述的大长径比带导向分段式镗杆,其特征在于,芯杆[7]包括小直径段、连接段和大直径段,所述小直径段位于芯杆[7]的前端,大直径段位于芯杆[7]的后端,连接段为锥形结构,其锥度为15°,刀片[5]的径向一侧开有半圆锥形内孔,锥度为15°,与芯杆[7]上的连接段相配合。
6.根据权利要求1所述的大长径比带导向分段式镗杆,其特征在于,滚柱[11]采用GCr15SiMn材料,芯杆[7]采用硬质合金材料,复位弹簧[4]和拉簧[17]均采用70钢材料。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161012 |