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槍鉆技術在普通鏜床深孔加工中的應用
2021-9-15  來源:中車四方車輛研究所有限公司  作者:牟信虎 李毳

      摘要:本文針對槍鉆技術工作原理、基礎結構、加工優勢等內容展開分析,結合槍鉆設備的選擇、鉆尖參數的控制、引導孔的加工、切削參數控制、槍鉆系統安裝、系統試切削等技術應用要點,通過研究做好機床找正工作、加強失效模式處理、設備的日常養護管理等技術應用階段的注意事項,其目的在于提升普通鏜床深孔加工質量,加快加工過程的施工速度。

      關鍵詞:槍鉆技術;基礎結構;普通鏜床;加工優勢

     從目前市面中的流通情況來看,小直徑深孔類型的產品數量也在增加,這對于車床的加工精度要求也在提升。槍鉆技術在應用初期主要是在兵器加工中使用,現在也在不斷推廣于其他領域。通過將槍鉆技術應用到普通鏜床深孔加工當中,不僅可以加
快結構加工速度,而且對于加工精度的提升也有著積極地意義。
  
     1、 槍鉆技術基礎內容論述
  
     1.1 工作原理
  
     槍鉆技術在應用過程中,主要的工作原理如下:槍鉆設備的柄部會直接夾持在機床的主軸位置處,而鉆頭則會在導引孔和導套的引導下,直接輸入到工件結構的表面以下,在進入到結構表面下方之后,鉆刃結構具備較強的獨特性,其在繼續鉆進的過程中可以起到自導向的作用,這也在很大程度上提高了結構的切削精度。而切削過程中的冷卻液也會通過鉆頭中間的通道到達指定的切削位置,所產生的切屑則會從排屑槽內順利帶出工件內部,而且在此過程中也可以對背部支撐結構進行潤滑,借此來獲取到良好的加工表面,提升應用結構的加工質量。
  
     1.2 基礎結構
  

圖 1 槍鉆結構示意圖
  
     如圖 1 所示,槍鉆系統在使用過程中,主要由以下幾部分應用結構組成:第一,鉆刃結構,該結構是槍鉆系統中的核心部分,在對結構進行切削時能夠對結構整體起到相應的導向作用,經過一次貫穿處理后可以得到精度很高的深孔結構。在具體應用中,鉆刃具備兩個基本度,可以結合切削工件的實際情況進行選擇,從而提高選擇結果的可靠性和使用價值。第二,刀身結構,該結構使用航天工業專用鋼材進行制作,同時刀身中有 165°V 型槽,可以將鉆孔產生的切屑帶出工件內部,以此來提高整個結構應用過程的可靠性和實用性。第三,驅動柄,該結構同樣使用航天工業材料進行制作,結構驅動柄一般以圓柱形為主,側面則具備了兩個應用平面,輔助結構順利進行應用作業。
  
     1.3 加工優勢
  
     總結以往的應用經驗,槍鉆系統在使用過程中,具備了以下加工優勢:(1)適應范圍廣泛,適用于各類金屬構件的加工,而且鉆孔圓度可控制在 0.005mm 以內,成孔精準度非常高。(2)鉆進過程中,高壓切削液能夠將產生的熱量快速帶出結構外,起到了良好的冷卻作用,而且深孔內產生的切屑,也可以通過通道順利排放到外界,減小了鉆頭鉆進時的摩擦力,提升了深加工過程的順暢性。(3)該技術在應用中具備了較強的生產效率,在具體的鉆進過程中,其進給量會控制在 30mm/min 到 120mm/min 之間,并且可以保持持續工作的狀態,可縮減 30%的鉆進時間。

     2 、槍鉆技術在普通鏜床深孔加工中的應用要點
  
     2.1 槍鉆設備的選擇
  
  
  
圖 2 出入口直徑和切削速度之間的關系
  
     在槍鉆技術應用過程中,做好槍鉆設備的選擇屬于基礎工作內容。在具體的工作過程中,需注意以下幾點:(1)對于加工產品的基礎參數進行了解,如圓孔深度、圓孔直徑、原材料硬度等,明確相互間的關聯性,如圖 2 所示,基于基礎資料來選擇相匹配的加工設備,確定槍鉆設備的基礎參數。(2)在普通鏜床的選擇中,可以優選臥式鏜床,此類機床主要用于產品的成孔加工,其加工精度可以達到 IT7,搭配所選槍鉆設備有著很好的應用效果。(3)設備正式使用前需要做好設備參數的調整工作,使其處于良好的工作狀態,以滿足系統運行的基礎要求。
  
     2.2 鉆尖參數的控制
  
     如圖 3 所示,在深孔加工中會應用到普通鏜床,結合其應用特征,在對鉆尖參數進行應用控制時,應注意以下幾方面應用內容:第一,在槍鉆切削過程中需要控制好外刃和內刃和鉆尖之間的偏心距和鉆尖角,使鉆頭在鉆進過程中,其切削合力能夠作用在鉆頭的支撐區域處,借此來起到擠光孔表面的作用,為切削鉆孔工作的順利進行奠定基礎。第二,做好槍鉆受力平衡的分析工作,理論狀態下,切刃結構中的外刃切削力數值需要和內刃切削力數值保持相等,但是從實際應用情況來看,存在著切削力不對等的情況,此時則需要確保外刃切削力大于內刃切削力,以此來確保其合力處于待加工構件表面,穩定鉆進過程。
  
 
   
圖 3 普通鏜床結構示意圖
  
     2.3 引導孔的加工
  
     在該環節的操作過程中,需要著重關注以下幾點:第一,先在工件上做好直徑為 10mm,深度為 5mm 的引導孔,控制好制作過程中的具體精度,提升所制作引導孔的應用效果。第二,根據上述參數分別加工 φ10×1150mm×(300、600、900、1200)mm 四個等級的引導孔,可以根據實際需求來選擇具體應用結構,提升引導孔應用結果的實用性。第三,對于引導孔的位置偏差進行處理,使其可以滿足相應的制作需求,同時做好記錄工作,待滿足要求后進入到下一操作環節。
  
     2.4 切削參數控制
  
     在切削參數控制環節中,需注意以下幾點應用內容:第一,對于切削速度進行控制,在切削速度的分析中,主軸轉轉速 n 和切削速度 V 之間的關系存在以下關系:V=ndπ/1000,d 表示主軸直徑。在鉆頭進入到鉆孔當中之前,其旋轉速度應控制在 30m/min左右,等待鉆頭鉆入到工件內之后,其旋轉速度可以提升到45m/min 左右,確保切削工作的順利進行。第二,進行切削分級,為了提升鉆孔孔徑的精準度,需要對鉆桿支撐距離和鉆桿直徑比例控制在合理范圍內,一般情況下,該數值需控制在 45 以內,隨后將 30 倍切削直徑作為一級,對于每一級的調整時間控制在1-3min,每一級的切削時間控制在 6-10min。
  
      2.5 槍鉆系統安裝
  
      在槍鉆系統安裝過程中,應注意以下幾點內容:(1)對于系統安裝圖紙進行梳理,明確系統在安裝過程中需要注意的相關內容,擬定合理的安裝計劃,按照既定工序內容完成該系統的安裝工作。(2)做好各環節質量驗收工作,對于質量不達標的作業部位,需要及時擬定合理措施來對其進行處理,并且等待其驗收合格之后再進行下一環節的作業,避免問題積累的情況[1]。(3)建立信息監督管理系統,對于系統應用過程的具體狀態進行監督,并且設置相應的預警值,在數據達到預警值之后,系統也會直接作出預警,提醒相關人員及時作出處理,從而提升處理結果的可靠性。
  
      2.6 系統試切削
  
      完成上述應用內容后,進入到系統應用調試階段,在此過程中,需要做好系統試切削的相關工作,在具體的應用過程中,第一,做好操作順序的梳理工作,一般情況下,系統試切削的順序應遵循“將鉆頭引入導孔→啟動主軸開始旋轉→進給指令的操作和停止→停止繼續旋轉→退出系統鉆頭”的順序,采集相應的操作數據。第二,借助三維技術建立預期模型和實際數據模型,比對模型中的數據信息,查看鉆屑排查情況、分級鉆進情況等,以此來確定已安裝系統的應用情況[2]。第三,根據反饋數據來完成參數調整,重新進行實驗檢測,從而提高系統切削結果的可靠性。
  
     3 、槍鉆技術應用過程的注意事項
  
     3.1 做好機床找正工作
  
     做好機床找正工作,可以提升成品工件的精準度,提高成品的制作質量。根據工件外圓、內孔同軸度的不同要求,一般采用兩種找正方法:①使用對刀儀測量刀具相關數據,試切調整刀具位置;②在加工中心百分表找正:在簡易 T 型基座孔中裝入一基準軸。將百分表座吸附于車床卡盤上,調整百分表指針位于基準軸表面,用手緩慢撥動卡盤觀察指針變化情況,并通過墊片手工調整 Y 軸方向位移值,X 方向找校準棒兩側偏差值 Di,中托板手柄調整值為│(Di-D)│/2,D 為校準棒直徑。對同軸度無要求的工件孔,可直接在機床主軸插入一校準棒(與 T 型基座孔基準尺寸一致的校準棒),通過校準棒與 T 型基座孔的匹配關系找正調整。對于同軸度要求較高的工件,建議采用第二種找正方法[3]。

     3.2 加強失效模式處理
  
    通過加強時效模式處理,能夠延長槍鉆系統的使用壽命,提升其工作狀態的穩定性。當槍鉆與工件回轉中心偏距過大時,鉆尖易發生沖擊,引起刀桿顫動,導致疲勞失效,嚴重情況造成刀尖碎裂的問題。為提高槍鉆使用壽命和消除人為失效現象,應做好以下幾點:①提高刀具安裝的找正精度,保證槍鉆與工件具有良好的同軸度;②控制引導孔(或導向套)同軸度、尺寸公差和表面粗糙度;③確保槍鉆處于高壓冷卻環境,推薦在車床加工中配合使用油霧脈沖發生器;④根據工件材料選用合適的機床轉速、進給量等切削參數[4]。
  
     3.3 設備的日常養護管理
  
     做好設備的日常養護管理,可以提升運行故障問題發現的及時性,降低潛在問題的發生幾率。在具體實踐中需要提前擬定好設備管理計劃,對于槍鉆系統、鏜床系統中設備維護周期、維護要點等內容做好備注,并且按照要求來完成相應的檢修工作,做好相應的檢修記錄,不定期對于檢修計劃進行調整,以確保養護計劃內容的合理性[5]。
  
     結束語
  
     綜上所述,做好機床找正工作,可以提升成品工件的精準度,加強時效模式處理,能夠延長槍鉆系統的使用壽命,做好設備的日產養護管理,可以提升運行故障問題發現的及時性。通過將槍鉆技術應用到普通鏜床深孔加工當中,同時做好相應的管理工作,對于提升結構作業速度有著積極地意義。
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