3-68  深孔内球面加工

阎可明

    工件如图1所示，材料为1Cr18Ni9Ti，焊接结构件。加工的主要难点是工件内孔深且为盲孔，内孔底部为球面，几何精度要求高，薄壁，刚性差，容易引起变形。

    在数控车床上加工时，刀杆直径f 65，由于刀杆细长，强度低，刚性不足。在车削时刀杆振动较大，产生让刀现象，并使孔壁的粗糙度增大，不但生产效率低，而且加工精度不易保证。如果将刀杆直径增加到最大极限，即小于工件内孔直径的1/2，则在加工时，刀杆与孔壁间隙太小，易造成切屑堵塞，引起排屑不畅，使冷却润滑液进入困难，刀具磨损加剧，从而影响加工质量，并且也不能解决刀杆刚性不足的问题。

为了解决数控车床加工深孔内球面的不足，按照工件的深度和内孔直径，根据曲柄连杆机构的原理，设计了一种在普通车床上车削深孔内球面的专用刀具。设计的专用刀具主要考虑在能使切屑顺利排出的情况下，尽量提高刀杆的强度和刚度，避免加工过程中刀杆的振动，确保加工精度，并实现刀具的可旋转，达到车削内球面的功能。

车削深孔内球面的专用刀具如图2所示。刀杆为f 110 mm´2 000 mm，由刀杆、刀座、封板、拉杆轴、连杆、旋转体等组成。刀杆、刀座、封板焊接成刚性体，拉杆轴可以在刀座与封板的内孔中自由滑动。拉杆轴与连杆，连杆与旋转体通过销轴连接，旋转体与刀座通过定位轴、轴套进行连接。各连接件之间均采用滑动配合。为避免在车削内球面过程中，连杆机构出现死点，在组装专用刀具时应将旋转体向前偏斜一个角度。

    工件焊接后进行消除内应力处理。经粗加工在两端法兰上建立找正基准。为避免装夹变形，解决工件刚性差的问题，工件通过定位工装和中心架进行安装固定。车削时将专用刀具装在刀杆安装座内，利用刀杆安装座的开口槽将专用刀具固定。并将刀杆安装座固定在车床的刀架上。连接座固定在尾座轴的端面上，拉杆轴通过定位销与连接座铰接。车削内球面时，转动机床尾座的操作手柄，利用尾座轴的轴向运动，通过固定在尾座轴上的连接座使拉杆轴沿轴向移动，拉杆轴推动连杆，连杆带动旋转体上的车刀绕定位轴转动，从而完成车削深孔内球面。加工示意图见图3。

  通过增大刀杆直径，提高刀杆的强度，有效解决了数控车床加工时刀杆细长，振动大，刚性不足等缺陷。针对深孔内球面的加工特点，采用曲柄连杆机构的原理，设计车刀可旋转的专用刀具，在普通车床上实现了深孔内球面的车削。不仅生产效率高，加工成本低，而且加工质量可以得到保证。加工深孔内球面的专用刀具设计结构简单，使用方便，其加工尺寸可以调节，适用范围较大，可为解决类似问题提供参考。