CN107186228B - 一种超深孔精密镗削刀具加工方法及高精度孔加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超深孔精密镗削刀具加工方法及高精度孔加工方法。超深孔精密镗削刀具包括无扁尾和有扁尾两种。无扁尾刀由无扁尾刀柄(1)、耐磨支撑块(2)、可转位微调精镗头(3)、刀片(4)、垫板(5)、拉杆(6)、导向块(7)、螺母(8)等组成。有扁尾刀具由有扁尾刀柄(9)、耐磨支撑块(2)、可转位微调精镗头(3)、刀片(4)、支撑板(10)、锁紧板(11)等组成。本发明为最终精加工刀具,可提高在普通车床、铣床、镗床、钳床等这类普通设备上加工长径比大于8倍的高精度深通孔或盲孔的能力,提高精加工质量的稳定性和可控性,满足孔加工质量的正态分布要求,扩展了这类设备的应用范围;本发明结构简单,生产成本低,使用方便。

Description

一种超深孔精密镗削刀具加工方法及高精度孔加工方法
技术领域
本发明涉及一种带导条的超深孔精密镗削刀具及其加工方法,属于机械加工领域,特别是可应用于具有锥度主轴的普通车床、铣床、镗床、钳床等上对长径比大于8倍的高精度通孔或盲孔的精加工,提高这类普通设备的加工范围和能力,并极大提高设备加工超深孔的精度,提高精加工质量的稳定性和可控性,满足孔加工质量的正态分布要求。
背景技术
在通常情况下,在普通设备上使用常规扩孔加工方法难于有效加工长径比大于8、孔精度达IT6级的高精度通孔或盲孔,原因有多方面,其一是设备精度低、刚性差;其二是在普通设备上现有的常规刀具刚性差,切削加工质量不易控制,基本不能满足特殊的产品质量要求;其三是在普通设备上使用其它特殊结构刀具如铰刀、铰挤刀等时,其对孔的半精加工质量如预留精加工的余量、孔的圆柱度和粗糙度等都有相当高的要求,同时,对工件坯料质量、热处理质量等也有非常高的要求,这些缺陷因素直接导致产品最终加工质量的可控性差、合格率低、加工周期长,基本上不能满足孔加工质量的正态分布要求。
发明内容
本发明的目的在于:提供一种超深孔精密镗削刀具加工方法及高精度孔加工方法,可高效批量化加工长径比大于8、孔精度达IT6级的通孔或盲孔,进一步,在具有锥度主轴的普通车床、铣床、镗床、钳床等普通设备上使用本发明可使加工后通孔或盲孔能直接达到IT6级尺寸精度、粗糙度、圆度、圆柱度等要求,同时,加工的效率较高,加工的成本较低,克服传统加工方法存在的技术问题。
本发明的技术方案如下:
一种超深孔精密镗削刀具,包括刀柄,所述刀柄前端与可转位微调精镗头相连,刀柄的外圆周面上设置有耐磨支撑块;所述刀柄的外圆直径B10比拟加工孔径小3~5mm;所述耐磨支撑块外端面形成的支撑圆外径比拟加工孔径小0.003~0.005 mm;所述耐磨支撑块外端面包括起支承作用的外圆面(即导棱H15两侧的圆弧面),一条平行于刀柄轴向的导棱H15和位于耐磨支撑块一端的轴向导向圆弧锥面H14。
所述刀柄后端无扁尾,其后端与刀具拉紧机构相连;刀具拉紧机构包括前端带有导向锥A3、尾端带有六角头A6的拉杆,拉杆依次穿过垫板、导向块和螺母。
所述刀柄后端有扁尾,刀柄与刀具锁紧机构相连;刀具锁紧机构包括带有斜面C14和槽C17的支撑板,以及锁紧板,锁紧板上有一条与斜面C14倾斜角度相同的斜面C13。
一种超深孔精密镗削刀具的加工方法,包括以下步骤:
(1)对刀柄的刀杆基体坯料进行正火处理;
(2)车加工各外圆、斜面及端面,均留双边余量2~3mm(这里斜面指的是A0,端面指的是A0右端面、B10前后的端面等,即刀柄的刀杆基体在加工过程均要留相应的加工余量);
(3)真空预热处理,硬度为HRC28~32,并消除应力;
(4)车加工各外圆、斜面及端面,均留双边余量0.5~0.8mm(同步骤(2),这里斜面指的是A0,端面指的是A0右端面、B10前后的端面等,即刀柄的刀杆基体在加工过程均要留相应的加工余量);
(5)用万向分度头装夹,用坐标铣床加工槽B15,粗加工孔B11的端面、孔B11、孔B12,并留加工余量0.2~0.4mm;
(6)钳工修清机加工产生的所有毛刺;
(7)真空热处理,保证硬度要求,并消除应力;
(8)数控车精加工各外圆、锥面及端面,其中,锥面A0留精磨余量0.05~0.08mm;
(9)校正锥面A0及孔B12端面,加工孔B11的端面、孔B11、孔B12及可转位微调精镗头的安装尺寸B13;
(10)将耐磨支撑块包上片状银钎焊料后装入可转位阶梯精镗刀杆基体的槽H4中进行真空钎焊,并消除应力;
(11)清洗去除组件热处理和真空钎焊产生的氧化色;
(12)校正锥面A0及孔B12端面,用数控万能工具磨精加工锥面A0、外圆B10、起支承作用的外圆(即导棱H15两侧的圆弧面)、导棱H15及轴向导向圆弧锥面H14。
对于无扁尾刀具,所述步骤(4)还包括加工无扁尾刀柄的孔A2、螺纹A1及孔口倒角。
对于有扁尾刀具,所述步骤(5)还包括加工有扁尾刀柄的扁式C1、槽C2和槽C3;所述步骤(6)还包括锉修有扁尾刀柄的扁式C1、槽C2和槽C3的棱边倒角2×45°。
步骤(2)和(4)中,2~3mm与0.5~0.8mm是在不同加工过程中所留的余量,余量越少,则越接近最终精加工,主要是尽可能降低刀具在制造过程和后期使用中的变形趋势。
无扁尾刀柄、有扁尾刀柄基体材料不锈钢制作,整体硬度为HRC48~52。各个设计特征(如外圆B10、刀柄锥面A0)都需在热处理后采用精密数控车进行加工并留相应的单边余量,再采用精密外圆磨床对刀柄锥面A0进行配磨,保证刀柄锥面A0在机床主轴中被拉紧或锁紧后的配合度达到80%以上,并磨外圆B10至尺寸要求。采用五轴加工中心先加工槽B15、孔B11、孔B12及可转位微调精镗头3的安装尺寸B13;将耐磨支撑块包上片状银钎焊料后装入无扁尾刀柄、有扁尾刀柄刀杆基体的槽B15中进行真空钎焊成为组合刀杆,再对组合刀杆精加工。无扁尾刀柄、有扁尾刀柄的各个设计特征都需在热处理后采用数控车进行加工,留单边余量0.08~0.10mm。钎焊后采用数控万能工具磨精加工外圆B10、起支承作用的外圆(即导棱H15两侧的圆弧面)、导棱H15及轴向导向圆弧锥面H14。
一种将无扁尾超深孔精密镗削刀具应用于长径比大于8倍的高精度通孔或盲孔加工的加工方法,无扁尾精密镗削刀具装配好后,将刀具切削机构装入机床主轴前端锥孔中,再将刀具拉紧机构从主轴尾端装入,拧紧拉杆,从而拉紧刀具切削机构;
调整可转位微调精镗头上的微调机构,使刀尖旋转直径小于耐磨支撑块的旋转直径(即导棱H15的外接圆直径);
用千分表校正导向座上的导向孔,使其与机床主轴的同轴度小于0.003mm;
将刀具切削机构导入工件导向座的导向孔中,让耐磨支撑块与导向座上的导向孔有效接触且刀片的刀尖不能碰到工件;
再用千分表校刀片的刀尖,使表的读数比耐磨支撑块上的读数大0.003~0.005mm,锁紧可转位微调精镗头上的微调机构;
在对长径比大于8倍的高精度通孔或盲孔进行加工时,先用钻削刀具对孔进行钻削加工或扩孔加工,孔径留双边余量1.5~2mm,再用深孔可转位扩孔钻进行加工,孔径留双边余量0.5~0.8mm, 再用可转位深孔粗镗刀进行加工,孔径留双边余量0.2~0.3mm,最后用无扁尾超深孔精密镗削刀具进行加工,每次加工深度为0.5~0.8 倍孔径时,则刀具退出并清除干净切屑,直至加工至深度要求,退刀时转速不变,退刀速度按切削进给速度的1.5~2倍退出加工的孔。
一种将有扁尾超深孔精密镗削刀具应用于长径比大于8倍的高精度通孔或盲孔加工的加工方法,有扁尾精密镗削刀具装配好后,将刀具切削机构装入机床主轴前端锥孔中,再将支撑板从机床主轴前端腰形槽的前端装入,再用锁紧板从机床主轴前端腰形槽的后端锁住刀具切削机构,且锤子敲击锁紧板的大端,使其锁紧刀具切削机构;
调整可转位微调精镗头上的微调机构,使刀尖旋转直径小于耐磨支撑块的旋转直径(即导棱H15的外接圆直径);
用千分表校正导向座上的导向孔,使其与机床主轴的同轴度小于0.003mm;
将刀具切削机构导入工件导向座的导向孔中,让耐磨支撑块与导向座上的导向孔有效接触且刀片的刀尖不能碰到工件;
再用千分表校刀片的刀尖,使表的读数比耐磨支撑块上的读数大0.003~0.005mm,锁紧可转位微调精镗头上的微调机构;
在对长径比大于8倍的高精度通孔或盲孔进行加工时,先用钻削刀具对孔进行钻削加工或扩孔加工,孔径留双边余量1.5~2mm,再用深孔可转位扩孔钻进行加工,孔径留双边余量0.5~0.8mm, 再用可转位深孔粗镗刀进行加工,孔径留双边余量0.2~0.3mm,最后用有扁尾精密镗削刀具进行加工,每次加工深度为0.5~0.8 倍孔径时,则刀具退出并清除干净切屑,直至加工至深度要求,退刀时转速不变,退刀速度按切削进给速度的1.5~2倍退出加工的孔。
本发明公开的带导条的超深孔精密镗削刀具有两种结构形式,一种是无扁尾结构形式,另一种是有扁结构形式。当用于通孔或盲孔加工时,其可转位微调精镗头的安装位置不同。
无扁尾刀具结构形式由两个机构所构成,一个是刀具切削机构,另一部分是刀具拉紧机构。刀具切削机构由无扁尾刀柄、耐磨支撑块、可转位微调精镗头、刀片等四部分组成,刀具拉紧机构由垫板、拉杆、导向块、螺母等四部分组成。
有扁尾刀具结构形式由两个机构所构成,一个是刀具切削机构,另一部分是刀具锁紧机构。刀具切削机构由有扁尾刀柄、耐磨支撑块、可转位微调精镗头、刀片等四部分组成,刀具锁紧机构由支撑板、锁紧板等两部分组成。
可转位微调精镗头、刀片、螺母选用标准件。
无扁尾刀柄材料选用不锈钢制作,整体硬度为HRC48~52。其上刀柄锥度A0、台阶D1、螺纹孔A1、底孔A2及螺纹孔A1的孔口结构形式及大小均按使用机床的要求进行设计,并统一考虑可在其它类型机床上兼用的通用性设计。外圆B10比拟加工孔径小3~5mm。4个槽(即刀柄外圆周面上开的腰形槽)均用钎焊固定耐磨支撑块,即槽底B14与耐磨支撑块的底面H13贴合、槽侧面B15一周与耐磨支撑块的外形H11一周贴合进行钎焊。焊后精磨耐磨支撑块的支撑外径,使其尺寸较所需加工孔径的中间尺寸小0.003~0.005 mm。同时,修磨去除耐磨支撑块的导棱H15、圆弧锥面H14的余量,并保证其一致性。其上孔B11、B12及可转位微调精镗头的安装尺寸B13(含安装结构形式、尺寸和形位公差等)按选用产品的公司提供的对应示图进行设计。
耐磨支撑块选用YW系列超细颗粒硬质合金材料制作,与刀柄的腰形槽B15进行配对设计,两种零件间采用银钎焊焊接,焊接位置为外形H11一周及底面H13,轴向导向圆弧锥面H14及导棱H15均采用4条共同配作加工,导棱H15宽度尺寸按0.8~1.5mm设计,需加工的孔径越小,则宽度尺寸取小值,反之,则取大值。圆弧锥面H14、导棱H15及总厚度均留0.2~0.3 mm的精加工余量。
可转位微调精镗头包含精镗单元、刀卡、安装螺钉和其它安装、调节用附件,均选用山特维克可乐满公司的T-Max U 对应产品。
刀片的结构类型根据选用的刀卡进行对应选择,刀片材质按加工工件的材质进行对应选用。
垫板材料选用45钢制作,整体硬度为HRC28~32,表面进行发蓝处理。外圆A10、A11的尺寸根据机床主轴相关尺寸进行设计,A10小于主轴尾端外圆1~2mm,A11小于主轴尾端内孔0.2~0.3 mm;内孔A12与拉杆的外圆A5进行配对设计,使A12大于A5约0.5~1 mm。应用时,外圆A11装入主轴尾端内孔内,使台阶面A13紧靠主轴尾端端面,拉杆的外圆A5通过垫板的A12内孔,拧紧螺纹时,使拉杆的A7端面紧贴垫板的A14端面。外圆台阶A11高度为5~8mm,总厚度为12~20 mm。
拉杆材料选用40Cr钢制作,整体硬度为HRC28~32,表面进行镀锌处理。外螺纹A4与无扁尾刀柄的内螺纹A1进行配对设计,外螺纹A4的长度为50~80mm,外圆A5为外螺纹A4的大径,外螺纹A4的前端设计倒向锥A3,锥度为15°~35°,六角头A6的六角尺寸和厚度根据外螺纹A4相应的国家标准GB/T5780确定,端面A7按IT9级控制其与外圆A5的垂直度,拉杆总长按主轴长度、六角头A6厚度、倒向锥A3长度进行统一设计,保证外螺纹A4拧入无扁尾刀柄的内螺纹A1的长度为20~30mm。
导向块材料选用聚四氟乙烯SFB-2制作,厚度为3~5 mm。外圆A8小于主轴尾端内孔1~2 mm,内孔大于拉杆6的外圆A5约0.2~0.5 mm。
螺母根据拉杆的外螺纹A4按GB/T6172.1选用。
有扁尾刀柄材料选用不锈钢制作,整体硬度为HRC48~52。其上刀柄锥度A0、台阶D1、扁尾C1、腰形槽左右两端圆弧C2、C3和槽宽的结构形式及大小均按使用机床的要求进行设计,并统一考虑可在其它类型机床上兼用的通用性设计。其中,圆弧C2低于主轴前端腰形槽的后端圆弧2~3mm,圆弧C3高于主轴端腰形槽的前端圆弧2~3mm。外圆B10比拟加工孔径小3~5mm。4个槽均用钎焊固定耐磨支撑块 ,即槽底B14与耐磨支撑块2的底面H13贴合、槽侧面B15一周与耐磨支撑块的外形H11一周贴合进行钎焊。焊后精磨耐磨支撑块的支撑外径,使其尺寸较所需加工孔径的中间尺寸小0.003~0.005 mm。同时,修磨去除耐磨支撑块的导棱H15、圆弧锥面H14的余量,并保证其一致性。其上孔B11、B12及可转位微调精镗头的安装尺寸B13(含安装结构形式、尺寸和形位公差等)按选用产品的公司提供的对应示图进行设计。
支撑板材料选用45钢制作,整体硬度为HRC28~32,表面进行发蓝处理。斜面C14角度为6°~8°,整体长度约比机床主轴外径大1~2mm,厚度C15比机床主轴槽宽小1~2mm,圆弧C16比机床主轴槽前端圆弧槽的前端半径小0.2~0.5 mm,槽C17的宽度比有扁尾刀柄左端圆弧C3处直径大2~3mm,槽C17的深度为4~6mm。
锁紧板材料选用40Cr钢制作,整体硬度为HRC35~38,表面进行发蓝处理。斜面C13角度为与支撑板的斜面C14保持一致,整体长度约比机床主轴外径大8~10mm,厚度C12与支撑板的厚度C15保持一致,圆弧C11比机床主轴槽前端圆弧槽的后端圆弧半径小0.2~0.5mm。斜面C13的小端与支撑板斜面C14的大端齐平时,配合后的高度比机床前端腰形槽小2~3mm,且基本尺寸与有扁尾刀柄的圆弧C2低于主轴前端腰形槽的后端圆弧的值保持一致,差值不大于0.1mm。
无扁尾精密镗削刀具的使用方法如下:
无扁尾刀具结构形式由两个机构所构成,一个是刀具切削机构,另一部分是刀具拉紧机构。刀具切削机构由无扁尾刀柄、耐磨支撑块、可转位微调精镗头、刀片等四部分组成,刀具拉紧机构由垫板、拉杆、导向块、螺母等四部分组成。
本刀具主要应用于如立式铣床、卧式铣床、坐标铣床、立式镗床、卧式镗床、坐标镗床、卧式车床等主轴上具无扁尾刀具安装结构的设备。
刀具切削机构的安装:将可转位微调精镗头装在无扁尾刀柄(含耐磨支撑块)上,再装上刀片,即组成了刀具切削机构。
刀具拉紧机构的安装:将垫板装入拉杆中,使垫板的面A14面对拉杆的台阶面A7,再将1颗螺母拧至适当位置,将导向块装入拉杆后,用另1颗螺母拧入并压紧导向块,确保拉杆的外螺纹A4拧入无扁尾刀柄的内螺纹A1的长度为20~30mm,且不与主轴其它结构发生任何干涉。
应用时,将刀具切削机构装入机床主轴前端锥孔中,再将刀具拉紧机构从主轴尾端装入,拧紧拉杆,从而拉紧刀具切削机构。调整可转位微调精镗头上的微调机构,使刀尖旋转直径小于耐磨支撑块的旋转直径(即导棱H15的外接圆直径)。用千分表校正导向座上的导向孔,使其与机床主轴的同轴度小于0.003mm。将刀具切削机构导入工件导向座的导向孔中,让耐磨支撑块与导向座上的导向孔有效接触且刀片的刀尖不能碰到工件。再用千分表校刀片的刀尖,使表的读数比耐磨支撑块上的读数大0.003~0.005 mm,锁紧可转位微调精镗头3上的微调机构。
有扁尾精密镗削刀具的使用方法如下:
有扁尾刀具结构形式由两个机构所构成,一个是刀具切削机构,另一部分是刀具锁紧机构。刀具切削机构由有扁尾刀柄、耐磨支撑块、可转位微调精镗头、刀片等四部分组成,刀具锁紧机构由支撑板、锁紧板等两部分组成。
本刀具主要应用于如钳床、卧式镗床、立式车床等主轴或刀塔上具有有扁尾刀具安装结构的设备。
刀具切削机构的安装:将可转位微调精镗头装在有扁尾刀柄(含耐磨支撑块)上,再装上刀片,即组成了刀具切削机构。
应用时,将刀具切削机构装入机床主轴前端锥孔中,再将支撑板从机床主轴前端腰形槽的前端装入,再用锁紧板从机床主轴前端腰形槽的后端锁住刀具切削机构,且锤子敲击锁紧板的大端,使其锁紧刀具切削机构。调整可转位微调精镗头上的微调机构,使刀尖旋转直径小于耐磨支撑块的旋转直径(即导棱H15的外接圆直径)。用千分表校正导向座上的导向孔,使其与机床主轴的同轴度小于0.003mm。将刀具切削机构导入工件导向座的导向孔中,让耐磨支撑块2与导向座上的导向孔有效接触且刀片的刀尖不能碰到工件。再用千分表校刀片的刀尖,使表的读数比耐磨支撑块上的读数大0.003~0.005 mm,锁紧可转位微调精镗头上的微调机构。
与现有技术相比,本发明通过利用具有支撑块的结构设计和刚性更强的深孔可转位复合精密镗削刀具,提高了刀具的刚性,降低了刀具的挠性,加工的线速度也可大大提高;提高这类诸如普通车床、铣床、镗床、钳床等的加工范围和能力,并能极大提高设备加工长径比大于8倍高精度孔的精度;本发明可解决现有技术的使用刀具加工效率低、加工成本高的技术问题;本发明结构简单,生产成本低,使用方便。
附图说明
图1、图2和图3是无扁尾刀柄的示意图(用于通孔);
图4和图5是耐磨支撑块的示意图;
图6是垫板的示意图;
图7是拉杆的示意图;
图8是导向块的示意图;
图9、图10和图11是无扁尾通孔精密镗削刀具切削机构的示意图;
图12 是无扁尾通孔精密镗削刀具拉紧机构的示意图;
图13是无扁尾通孔精密镗削刀具安装在机床主轴上的示意图;
图14、图15和图16是有扁尾刀柄的示意图(用于通孔);
图17和图18是支撑板的示意图;
图19和图20是锁紧板的示意图;
图21、图22和图23是有扁尾通孔精密镗削刀具切削机构的示意图;
图24是有扁尾通孔精密镗削刀具锁紧机构的示意图;
图25是有扁尾通孔精密镗削刀具安装在机床主轴上的示意图;
图26为工件导向座示意图;
图27为图26的俯视图;
图28、图29和图30为无扁尾刀柄的示意图(用于盲孔);
图31、图32和图33为无扁尾盲孔精密镗削刀具切削机构的示意图;
图34、图35和图36为有扁尾刀柄的示意图(用于盲孔);
图37、图38和图39为有扁尾盲孔精密镗削刀具切削机构的示意图。
具体实施方式
本发明的实施例:以下将结合图1~图39进行说明。
一、设计带导条的超深孔可转位复合精密镗削刀具装置:
带导条的超深孔精密镗削刀具有两种结构形式,一种是无扁尾结构形式,另一种是有扁结构形式。当用于盲孔时,可转位微调精镗头3的轴线与刀柄的轴线有一锐角夹角,当用于通孔时,可转位微调精镗头3的轴线与刀柄的轴线垂直。
无扁尾刀具结构形式由两个机构所构成,一个是刀具切削机构,另一部分是刀具拉紧机构。刀具切削机构由无扁尾刀柄1、耐磨支撑块2、可转位微调精镗头3、刀片4等四部分组成,刀具拉紧机构由垫板5、拉杆6、导向块7、螺母8等四部分组成。
有扁尾刀具结构形式由两个机构所构成,一个是刀具切削机构,另一部分是刀具锁紧机构。刀具切削机构由有扁尾刀柄9、耐磨支撑块2、可转位微调精镗头3、刀片4等四部分组成,刀具锁紧机构由支撑板10、锁紧板11等两部分组成。
刀具的各部分的结构及相应的加工要求如下:
1、无扁尾刀柄1材料选用不锈钢制作,整体硬度为HRC48~52。其上刀柄锥度A0、台阶D1、螺纹孔A1、底孔A2及螺纹孔A1的孔口结构形式及大小均按使用机床的要求进行设计,并统一考虑可在其它类型机床上兼用的通用性设计。外圆B10比拟加工孔径小3~5mm。4个槽均用钎焊固定耐磨支撑块2 ,即槽底B14与耐磨支撑块2的底面H13贴合、槽侧面B15一周与耐磨支撑块2的外形H11一周贴合进行钎焊。焊后精磨耐磨支撑块2的支撑外径,使其尺寸较所需加工孔径的中间尺寸小0.003~0.005 mm。同时,修磨去除耐磨支撑块2的导棱H15、圆弧锥面H14的余量,并保证其一致性。其上孔B11、B12及可转位微调精镗头3的安装尺寸B13(含安装结构形式、尺寸和形位公差等)按选用产品的公司提供的对应示图进行设计。
2、耐磨支撑块2选用YW系列超细颗粒硬质合金材料制作,与刀柄的腰形槽B15(如图3所示)进行配对设计,两种零件间采用银钎焊焊接,焊接位置为外形H11一周及底面H13,轴向导向圆弧锥面H14及导棱H15均采用4条共同配作加工,导棱H15宽度尺寸按0.8~1.5mm设计,需加工的孔径越小,则宽度尺寸取小值,反之,则取大值。圆弧锥面H14、导棱H15及总厚度均留0.2~0.3 mm的精加工余量。
3、可转位微调精镗头3包含精镗单元、刀卡、安装螺钉和其它安装、调节用附件,均选用山特维克可乐满公司的T-Max U 对应产品。
4、刀片4的结构类型根据选用的刀卡进行对应选择,刀片材质按加工工件的材质进行对应选用。
5、垫板5材料选用45钢制作,整体硬度为HRC28~32,表面进行发蓝处理。外圆A10、A11的尺寸根据机床主轴相关尺寸进行设计,A10小于主轴尾端外圆1~2mm,A11小于主轴尾端内孔0.2~0.3 mm;内孔A12与拉杆6的外圆A5进行配对设计,使A12大于A5约0.5~1 mm。应用时,外圆A11装入主轴尾端内孔内,使台阶面A13紧靠主轴尾端端面,拉杆6的外圆A5通过垫板5的A12内孔,拧紧螺纹时,使拉杆6的A7端面紧贴垫板5的A14端面。外圆台阶A11高度为5~8 mm,总厚度为12~20 mm。
6、拉杆6材料选用40Cr钢制作,整体硬度为HRC28~32,表面进行镀锌处理。外螺纹A4与无扁尾刀柄1的内螺纹A1进行配对设计,外螺纹A4的长度为50~80mm,外圆A5为外螺纹A4的大径,外螺纹A4的前端设计倒向锥A3,锥度为15°~35°,六角头A6的六角尺寸和厚度根据外螺纹A4相应的国家标准GB/T5780确定,端面A7按IT9级控制其与外圆A5的垂直度,拉杆6总长按主轴长度、六角头A6厚度、倒向锥A3长度进行统一设计,保证外螺纹A4拧入无扁尾刀柄1的内螺纹A1的长度为20~30mm。
7、导向块7材料选用聚四氟乙烯SFB-2制作,厚度为3~5 mm。外圆A8小于主轴尾端内孔1~2 mm,内孔大于拉杆6的外圆A5约0.2~0.5 mm。
8、螺母8根据拉杆6的外螺纹A4按GB/T6172.1选用。
9、有扁尾刀柄9材料选用不锈钢制作,整体硬度为HRC48~52。其上刀柄锥度A0、台阶D1、扁尾C1、腰形槽左右两端圆弧C2、C3和槽宽的结构形式及大小均按使用机床的要求进行设计,并统一考虑可在其它类型机床上兼用的通用性设计。其中,圆弧C2低于主轴前端腰形槽的后端圆弧2~3mm,圆弧C3高于主轴端腰形槽的前端圆弧2~3mm。外圆B10比拟加工孔径小3~5mm。4个槽均用钎焊固定耐磨支撑块2 ,即槽底B14与耐磨支撑块2的底面H13贴合、槽侧面B15一周与耐磨支撑块2的外形H11一周贴合进行钎焊。焊后精磨耐磨支撑块2的支撑外径,使其尺寸较所需加工孔径的中间尺寸小0.003~0.005 mm。同时,修磨去除耐磨支撑块2的导棱H15、圆弧锥面H14的余量,并保证其一致性。其上孔B11、B12及可转位微调精镗头3的安装尺寸B13(含安装结构形式、尺寸和形位公差等)按选用产品的公司提供的对应示图进行设计。
10、支撑板10材料选用45钢制作,整体硬度为HRC28~32,表面进行发蓝处理。斜面C14角度为6°~8°,整体长度约比机床主轴外径大1~2mm,厚度C15比机床主轴槽宽小1~2mm,圆弧C16比机床主轴槽前端圆弧槽的前端半径小0.2~0.5 mm,槽C17的宽度比有扁尾刀柄9左端圆弧C3处直径大2~3mm,槽C17的深度为4~6mm。
11、锁紧板11材料选用40Cr钢制作,整体硬度为HRC35~38,表面进行发蓝处理。斜面C13角度为与支撑板10的斜面C14保持一致,整体长度约比机床主轴外径大8~10mm,厚度C12与支撑板10的厚度C15保持一致,圆弧C11比机床主轴槽前端圆弧槽的后端圆弧半径小0.2~0.5 mm。斜面C13的小端与支撑板10斜面C14的大端齐平时,配合后的高度比机床前端腰形槽小2~3mm,且基本尺寸与有扁尾刀柄9的圆弧C2低于主轴前端腰形槽的后端圆弧的值保持一致,差值不大于0.1mm。
二、带导条的超深孔可转位复合精密镗削刀具的加工方法:
1、无扁尾刀柄1、有扁尾刀柄9基体材料不锈钢制作,整体硬度为HRC48~52。各个设计特征(如外圆B10、刀柄锥面A0)都需在热处理后采用精密数控车进行加工并留相应的单边余量,再采用精密外圆磨床对刀柄锥面A0进行配磨,保证刀柄锥面A0在机床主轴中被拉紧或锁紧后的配合度达到80%以上,并磨外圆B10至尺寸要求。采用五轴加工中心先加工槽B15、孔B11、孔B12及可转位微调精镗头3的安装尺寸B13。
2、将耐磨支撑块2包上片状银钎焊料后装入无扁尾刀柄1、有扁尾刀柄9刀杆基体的B15槽中进行真空钎焊成为组合刀杆,再对组合刀杆精加工。无扁尾刀柄1、有扁尾刀柄9的各个设计特征都需在热处理后采用数控车进行加工,留单边余量0.08~0.10mm。钎焊后采用数控万能工具磨精加工外圆B10、起支承作用的外圆(即导棱H15两侧的圆弧面)、导棱H15及轴向导向圆弧锥面H14。
3、带导条的超深孔可转位无扁尾精密镗削刀具装配好后,将刀具切削机构装入机床主轴前端锥孔中,再将刀具拉紧机构从主轴尾端装入,拧紧拉杆6,从而拉紧刀具切削机构。调整可转位微调精镗头3上的微调机构,使刀尖旋转直径小于耐磨支撑块2的旋转直径。用千分表校正导向座上的导向孔,使其与机床主轴的同轴度小于0.003mm。将刀具切削机构导入工件导向座的导向孔中,让耐磨支撑块2与导向座上的导向孔有效接触且刀片4的刀尖不能碰到工件。再用千分表校刀片4的刀尖,使表的读数比耐磨支撑块2上的读数大0.003~0.005 mm,锁紧可转位微调精镗头3上的微调机构。
4、带导条的超深孔可转位有扁尾精密镗削刀具装配好后,将刀具切削机构装入机床主轴前端锥孔中,再将支撑板10从机床主轴前端腰形槽的前端装入,再用锁紧板11从机床主轴前端腰形槽的后端锁住刀具切削机构,且锤子敲击锁紧板11的大端,使其锁紧刀具切削机构。调整可转位微调精镗头3上的微调机构,使刀尖旋转直径小于耐磨支撑块2的旋转直径。用千分表校正导向座上的导向孔,使其与机床主轴的同轴度小于0.003mm。将刀具切削机构导入工件导向座的导向孔中,让耐磨支撑块2与导向座上的导向孔有效接触且刀片4的刀尖不能碰到工件。再用千分表校刀片4的刀尖,使表的读数比耐磨支撑块2上的读数大0.003~0.005 mm,锁紧可转位微调精镗头3上的微调机构。
如图26和27所示,工件导向座用HT300制作。工件导向座与工件安装工装一起设计,将工件导向座分别用3颗GB/T5780六角头螺栓和GB/T859轻型弹簧垫圈直接固定在工件安装工装的工件安装面上,使导向孔φD1孔中心线高度Z1与工件孔中心线高度的误差在0.05mm以内。同时,当设计在车床上使用,需根据主轴的中心高和工件安装工装的厚度来设计尺寸Z1。导向孔φD1厚度取值20~30,孔径越小,则取小值,孔径越大,则取大值。导向孔φD1端面离工件加工孔端面距离为8~20mm,当孔加工中切屑全部从孔口排出时,取大值,否则,尽可能取小值。
实施方法:工件导向座的导向孔φD1在零件设计时,留加工余量0.5~0.8mm作总装后用五轴加工中心进行找正后精加工。若设计的是车床使用的工装,则需在工装使用机床上进行粗镗、精镗、精铰、研抛加工,保证导向孔φD1尺寸比耐磨支撑块2的旋径大0.002~0.005mm。
三、带导条的超深孔可转位复合精密镗削刀具的使用方法:
深孔可转位复合精密镗削刀具的使用方法:在对长径比大于8倍的高精度通孔或盲孔进行加工时,先用钻削刀具对孔进行钻削加工或扩孔加工,孔径留双边余量1.5~2mm,再用深孔可转位扩孔钻进行加工,孔径留双边余量0.5~0.8mm, 再用可转位深孔粗镗刀进行加工,孔径留双边余量0.2~0.3mm,最后用带导条的超深孔可转位复合精密镗削刀具进行加工。若机床主轴为立式结构,则可不间断地将该孔镗通;若机床主轴为卧式结构,则每次加工深度为0.5~0.8 倍孔径时,则刀具退出并清除干净切削,直至将该孔镗通。退刀时转速不变,退刀速度按切削进给速度的1.5~2倍退出加工的孔。

Claims (5)

1.一种超深孔精密镗削刀具的加工方法,所述超深孔精密镗削刀具包括刀柄,所述刀柄前端与可转位微调精镗头(3)相连,刀柄的外圆周面上设置有耐磨支撑块(2),所述刀柄的外圆直径B10比拟加工孔径小3~5mm;所述耐磨支撑块(2)外端面形成的支撑圆外径比拟加工孔径小0.003~0.005 mm,所述耐磨支撑块(2)外端面包括起支承作用的外圆面,一条平行于刀柄轴向的导棱H15和位于耐磨支撑块(2)一端的轴向导向圆弧锥面H14,其特征在于,包括以下步骤:
(1)对刀柄的刀杆基体坯料进行正火处理;
(2)车加工各外圆、斜面及端面,均留双边余量2~3mm;
(3)真空预热处理,硬度为HRC28~32,并消除应力;
(4)车加工各外圆、斜面及端面,均留双边余量0.5~0.8mm;
(5)用万向分度头装夹,用坐标铣床加工槽B15,粗加工孔B11的端面、孔B11、孔B12,并留加工余量0.2~0.4mm;
(6)钳工修清机加工产生的所有毛刺;
(7)真空热处理,保证硬度要求,并消除应力;
(8)数控车精加工各外圆、锥面及端面,其中,锥面A0留精磨余量0.05~0.08mm;
(9)校正锥面A0及孔B12端面,加工孔B11的端面、孔B11、孔B12及可转位微调精镗头(3)的安装尺寸B13;
(10)将耐磨支撑块(2)包上片状银钎焊料后装入可转位阶梯精镗刀杆基体的槽H4中进行真空钎焊,并消除应力;
(11)清洗去除组件热处理和真空钎焊产生的氧化色;
(12)校正锥面A0及孔B12端面,用数控万能工具磨精加工锥面A0、外圆B10、起支承作用的外圆、导棱H15及轴向导向圆弧锥面H14。
2.根据权利要求1所述的一种超深孔精密镗削刀具的加工方法,其特征在于:所述步骤(4)还包括加工无扁尾刀柄(1)的孔A2、螺纹A1及孔口倒角。
3.根据权利要求1所述的一种超深孔精密镗削刀具的加工方法,其特征在于:所述步骤(5)还包括加工有扁尾刀柄(9)的扁式C1、槽C2和槽C3;
所述步骤(6)还包括锉修有扁尾刀柄(9)的扁式C1、槽C2和槽C3的棱边倒角2×45°。
4.一种将无扁尾超深孔精密镗削刀具应用于长径比大于8倍的高精度通孔或盲孔加工的加工方法,所述无扁尾超深孔精密镗削刀具包括刀柄,所述刀柄前端与可转位微调精镗头(3)相连,刀柄的外圆周面上设置有耐磨支撑块(2),所述刀柄的外圆直径B10比拟加工孔径小3~5mm;所述耐磨支撑块(2)外端面形成的支撑圆外径比拟加工孔径小0.003~0.005mm,所述耐磨支撑块(2)外端面包括起支承作用的外圆面,一条平行于刀柄轴向的导棱H15和位于耐磨支撑块(2)一端的轴向导向圆弧锥面H14,所述刀柄后端无扁尾,其后端与刀具拉紧机构相连;刀具拉紧机构包括前端带有导向锥A3、尾端带有六角头A6的拉杆(6),拉杆(6)依次穿过垫板(5)、导向块(7)和螺母(8),其特征在于:无扁尾精密镗削刀具装配好后,将刀具切削机构装入机床主轴前端锥孔中,再将刀具拉紧机构从主轴尾端装入,拧紧拉杆(6),从而拉紧刀具切削机构;
调整可转位微调精镗头(3)上的微调机构,使刀尖旋转直径小于耐磨支撑块(2)的旋转直径;
用千分表校正工装上的导向孔,使其与机床主轴的同轴度小于0.003mm;
将刀具切削机构导入工件导向座的导向孔中,让耐磨支撑块(2)与导向座上的导向孔有效接触且刀片(4)的刀尖不能碰到工件;
再用千分表校刀片(4)的刀尖,使表的读数比耐磨支撑块(2)上的读数大0.003~0.005mm,锁紧可转位微调精镗头(3)上的微调机构;
在对长径比大于8倍的高精度通孔或盲孔进行加工时,先用钻削刀具对孔进行钻削加工或扩孔加工,孔径留双边余量1.5~2mm,再用深孔可转位扩孔钻进行加工,孔径留双边余量0.5~0.8mm, 再用可转位深孔粗镗刀进行加工,孔径留双边余量0.2~0.3mm,最后用无扁尾超深孔精密镗削刀具进行加工,每次加工深度为0.5~0.8 倍孔径时,则刀具退出并清除干净切屑,直至加工至深度要求,退刀时转速不变,退刀速度按切削进给速度的1.5~2倍退出加工的孔。
5.一种将有扁尾超深孔精密镗削刀具应用于长径比大于8倍的高精度通孔或盲孔加工的加工方法,所述有扁尾超深孔精密镗削刀具包括刀柄,所述刀柄前端与可转位微调精镗头(3)相连,刀柄的外圆周面上设置有耐磨支撑块(2),所述刀柄的外圆直径B10比拟加工孔径小3~5mm;所述耐磨支撑块(2)外端面形成的支撑圆外径比拟加工孔径小0.003~0.005mm,所述耐磨支撑块(2)外端面包括起支承作用的外圆面,一条平行于刀柄轴向的导棱H15和位于耐磨支撑块(2)一端的轴向导向圆弧锥面H14,所述刀柄后端有扁尾,刀柄与刀具锁紧机构相连;刀具锁紧机构包括带有斜面C14和槽C17的支撑板(10),以及锁紧板(11),锁紧板(11)上有一条与斜面C14倾斜角度相同的斜面C13,其特征在于:有扁尾精密镗削刀具装配好后,将刀具切削机构装入机床主轴前端锥孔中,再将支撑板(10)从机床主轴前端腰形槽的前端装入,再用锁紧板(11)从机床主轴前端腰形槽的后端锁住刀具切削机构,且锤子敲击锁紧板(11)的大端,使其锁紧刀具切削机构;
调整可转位微调精镗头(3)上的微调机构,使刀尖旋转直径小于耐磨支撑块(2)的旋转直径;
用千分表校正导向座上的导向孔,使其与机床主轴的同轴度小于0.003mm;
将刀具切削机构导入工件导向座的导向孔中,让耐磨支撑块(2)与导向座上的导向孔有效接触且刀片(4)的刀尖不能碰到工件;
再用千分表校刀片(4)的刀尖,使表的读数比耐磨支撑块(2)上的读数大0.003~0.005mm,锁紧可转位微调精镗头(3)上的微调机构;
在对长径比大于8倍的高精度通孔或盲孔进行加工时,先用钻削刀具对孔进行钻削加工或扩孔加工,孔径留双边余量1.5~2mm,再用深孔可转位扩孔钻进行加工,孔径留双边余量0.5~0.8mm, 再用可转位深孔粗镗刀进行加工,孔径留双边余量0.2~0.3mm,最后用有扁尾精密镗削刀具进行加工,每次加工深度为0.5~0.8 倍孔径时,则刀具退出并清除干净切屑,直至加工至深度要求,退刀时转速不变,退刀速度按切削进给速度的1.5~2倍退出加工的孔。
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