液壓缸缸筒銑削工序工藝分析

液壓缸缸筒銑削工序工藝分析

冷壓機(jī)械的加工工藝可分為兩類：一是用熱梨花研磨、精研磨、壓壓或研磨，或稱其為熱梨花研磨法或壓壓法。另一種是用冷杉管進(jìn)行強(qiáng)大的研磨，被稱為冷杉管的研磨法。本文對(duì)用熱軋管生產(chǎn)缸筒的鏜孔工序進(jìn)行工藝分析,以供同行參考。采用熱軋管鏜滾法或鏜珩法制造缸筒的鏜孔工序,通常在深孔鏜床或用臥式車床改造的深孔鏜床上進(jìn)行,按其鏜削工藝又可分為兩大類:推鏜法和拉鏜法。推壓法所謂推鏜法是指在鏜削過(guò)程中,鏜桿始終處于軸向受壓狀態(tài)下工作。按鏜削過(guò)程排屑方式不同,又分為向前排屑推鏜法和向后排屑推鏜法兩種。(1)冷卻潤(rùn)滑自適應(yīng)前者由于工件旋轉(zhuǎn),從鏜桿內(nèi)孔輸入的冷卻潤(rùn)滑油通過(guò)鏜頭上的出油孔噴射到切削區(qū)時(shí),由于附壁效應(yīng),會(huì)形成附著于缸筒內(nèi)表面的螺旋狀軌跡油液,其中存在的切屑在缸筒旋轉(zhuǎn)情況下,亦產(chǎn)生離心力而緊緊地附于缸筒內(nèi)表面上,使切屑排除不徹底,從而影響了刀具切削刃和支承塊的使用壽命以及缸筒的表面粗糙度。后者則不同。切削時(shí),冷卻潤(rùn)滑油從授油器輸入時(shí),以圓筒狀的切削液筒均勻地向整個(gè)鏜頭的周圍噴射,從而使切屑沒(méi)有在缸筒內(nèi)表面停留的機(jī)會(huì),使切屑幾乎全部排往排屑斗。同時(shí),由于冷卻潤(rùn)滑油是從鏜頭周圍噴射切削區(qū),不僅對(duì)鏜刀支承塊導(dǎo)向塊進(jìn)行強(qiáng)制潤(rùn)滑冷卻,亦可減輕鏜頭與缸筒的摩擦,從而減輕了切削過(guò)程的振動(dòng)。這對(duì)延長(zhǎng)刀具壽命以及降低缸筒內(nèi)表面粗糙度值都非常有利。據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比,半精鏜時(shí),后者加工表面粗糙度值能穩(wěn)定在Ra=3.2μm,而前者從整個(gè)表面上看是Ra=3.2μm,但每根缸筒都可發(fā)現(xiàn)幾處只能達(dá)到Ra6.3μm～Ra12.5μm,同樣刀具壽命也較短,較后者縮短20%左右。(2)車橋的能力采用推鏜法加工缸筒,鏜桿始終處于軸向受壓縮狀態(tài)下工作。因此,不論是向前排屑還是向后排屑,都有引起鏜桿彎曲的趨勢(shì),從而致使鏜桿導(dǎo)向套磨損不太均勻,容易出現(xiàn)加工缸筒軸線的直線度或傾斜度的誤差較大。但對(duì)于加工缸徑較大、鏜桿剛度較高的情況下還是能滿足要求的。所以這種方法目前使用還比較普遍。拉銑的一次化拉鏜法是指在鏜削過(guò)程中,鏜桿在軸向始終處于受拉伸狀態(tài)下工作。鏜頭沿著鏜桿前進(jìn)的直線方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng),切削穩(wěn)定性很好。所以它特別適用于加工直線度要求較高、長(zhǎng)徑比較大以及壁薄的缸體,但必須是等直徑的通孔。由于這種加工方法在鏜削時(shí),切削液帶著切屑沿著鏜桿表面和缸筒待加工表面之間的環(huán)形空隙流出,所以鏜桿表面易被切屑劃傷。同時(shí),為保證具有一定的排屑空間,考慮到拉鏜桿的受力和剛性,其外徑比推鏜桿細(xì)。為了提高工作效率,這種加工方法一般都使用組合刀具,即粗鏜、半精鏜、精鏜、粗滾、精滾組成一體,一次鏜削完成。它與推鏜相比,由于刀具結(jié)構(gòu)原因,切削速度與進(jìn)給速度較低,工件、刀具裝卸亦較麻煩,即使一次拉鏜完成,其效率還是較低。據(jù)統(tǒng)計(jì),在中批量生產(chǎn)中,它的效率比推鏜低1/4?1/3。因此,拉鏜除了加工長(zhǎng)徑比大、直線度要求很高的缸體外,一般不宜采用。缸筒除了上述的推、拉鏜削方法與加工精度、表面粗糙度及刀具壽命有關(guān)外,尚有其加工形式亦不能忽視。關(guān)鍵形狀：傾斜和研磨缸筒鏜削加工目前有以下三種基本形式:(1)固定水體，旋轉(zhuǎn)刀，用于注入運(yùn)動(dòng)(2)孔結(jié)構(gòu)的使用第一,鏜頭導(dǎo)向套孔中心O1在圖2所示的第一象限內(nèi)。在這種情況下鏜削,當(dāng)鏜頭導(dǎo)向套與鏜頭之間的間隙較小,特別是新機(jī)床時(shí),缸筒切入端的一段鏜出來(lái)的孔徑要大于鏜頭直徑,即鏜削缸徑以后隨著背吃刀量的增加,鏜桿剛度的變化,鏜頭中心O1將會(huì)因主切削力Pz和徑向分力Py的作用而逐漸趨近于主軸(缸筒)的回轉(zhuǎn)中心O。此后,加工缸徑將隨之逐漸減少,直至與鏜頭直徑相等為止。顯然,加工結(jié)果會(huì)出現(xiàn)錐度。另外,在初切入時(shí),因切入端孔徑大于鏜頭直徑,容易引起振動(dòng)而出現(xiàn)波紋。第二,鏜頭導(dǎo)向套孔中心在圖示的第二象限內(nèi)(見(jiàn)圖3)。在這種情況下鏜削,加上鏜頭與導(dǎo)向套之間的間隙影響。在初切入時(shí),鏜出的孔徑一般是小于鏜頭直徑,即鏜削孔徑繼續(xù)進(jìn)給時(shí),刀頭背面的硬質(zhì)合金支撐塊會(huì)受到較大的擠壓作用。這對(duì)鏜頭支承墊、導(dǎo)向條及刀具壽命極為不利。當(dāng)支承墊進(jìn)入孔中后,才開(kāi)始支承,轉(zhuǎn)入正常鏜削。但這種加工結(jié)果孔徑精度比第一象限的精度高,錐度亦較小。在采用這種缸體旋轉(zhuǎn)、刀具固定的加工形式時(shí),鏜刀切不可安裝在垂直平面內(nèi)的下方(見(jiàn)圖4),以免因鏜桿及鏜頭自重下垂量的大小直接影響孔徑的誤差,使孔徑增大并引起振動(dòng)。加工大孔徑、長(zhǎng)缸體尤需注意。該加工形式,因鏜削孔徑始終以主軸中心O為回轉(zhuǎn)中心,所以孔的軸線的直線度較高,缸體壁厚差較小,但孔精度較低,特別是O1在第一象限時(shí),其錐度亦較大。(3)缸體與刀具均作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),刀具同時(shí)做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)這種加工形式因缸體與刀具同時(shí)做方向相反的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),所以用來(lái)加工較笨重及不平衡但可在機(jī)床上回轉(zhuǎn)的缸體(尤其長(zhǎng)缸體)最為合適。它既可避免第一種形式的缺點(diǎn),又具有第二種形式的優(yōu)點(diǎn),且可通過(guò)刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)充分發(fā)揮刀具的切削性能,來(lái)保證較高的生產(chǎn)率。此外,它還有如下特點(diǎn):第一,由于刀具與缸體均作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),因此,有較多的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)可供選擇。第二,若采用內(nèi)排屑鏜削法,因鏜桿處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下工作,為排屑創(chuàng)造了有利條件。因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn),一些廠家常采用這種加工形式,來(lái)保證缸筒軸線直線度要求。三旋轉(zhuǎn)軸實(shí)際加工中的切削軌跡上述的第三種加工形式盡管有許多優(yōu)點(diǎn),但缺點(diǎn)是其切削運(yùn)動(dòng)軌跡不是圓,而前述的兩種加工形式的切削運(yùn)動(dòng)軌跡都是圓。這個(gè)缺點(diǎn)一般容易被忽視,因此,在使用中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),往往容易混淆。為此,我們不妨分析一下。如上所述,為了補(bǔ)償授油器移動(dòng)的磨損和床頭箱主軸溫升的影響,授油器上鏜頭導(dǎo)向套孔中心比主軸中心高,兩者不同軸。如圖5所示,設(shè)鏜頭的回轉(zhuǎn)中心為O1,缸體的回轉(zhuǎn)中心為O,刀尖的切削是由這兩個(gè)不同軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。在上述的缸筒鏜削加工第一種基本形式中(見(jiàn)圖1),n缸=0,其刀尖切削的運(yùn)動(dòng)軌跡即為刀尖本身旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡,軌跡為圓,其參數(shù)方程為:式中R刀——刀尖的回轉(zhuǎn)半徑O1Aω——刀尖的回轉(zhuǎn)角速度在上述的缸筒鏜削加工第二種基本形式中(見(jiàn)圖2、圖3),其刀尖切削的運(yùn)動(dòng)軌跡為刀尖在缸體上的切削點(diǎn)隨缸體旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡,該軌跡亦為圓。其參數(shù)方程為:式中R缸——缸筒半徑OAω缸——缸筒回轉(zhuǎn)角速度在上述的缸筒鏜削加工第三種基本形式中,刀具與缸體均做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),刀尖的切削軌跡是它們復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡。其參數(shù)方程如下:討論:(參見(jiàn)圖5)當(dāng)?shù)都馇械紸′方位,∠OO1A′=180°,即arctan(a/b)+90°+ω刀·t=180°,∵O1A=R刀,則:從上述討論兩對(duì)稱點(diǎn)來(lái)看,缸體與刀具均作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),其切削半徑逐漸變化,其變化范圍在由此可見(jiàn),其切削軌跡在一個(gè)橫斷面內(nèi)不是圓。當(dāng)缸體與刀具轉(zhuǎn)速為1:1時(shí),最大切削半徑處于A′方位,最小切削半徑處于A″方位;而當(dāng)缸體與刀具轉(zhuǎn)速為1:2時(shí),其最大切削半徑除在OA′位置外,另一處在對(duì)稱的OA″位置上。反之,若缸體與刀具轉(zhuǎn)速為2:1時(shí),則其最大切削半徑永遠(yuǎn)在OA′位置上,所不同的是缸體轉(zhuǎn)一周時(shí),刀具在OA′位置只切削兩次。由此可見(jiàn),當(dāng)采用缸筒、刀具均作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的形式鏜缸,缸筒的轉(zhuǎn)速一定要比刀具轉(zhuǎn)速低,它們速比愈大,則刀尖切削內(nèi)孔愈光滑。這是缸體與刀具均作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行鏜削必須注意的地方。這種形式切削軌跡的圓度值,盡管其峰值取決于a與b的數(shù)值,而且不大,若下道工序精鏜余量很小,會(huì)出現(xiàn)因背吃刀量脈動(dòng)變化而產(chǎn)生振動(dòng)。為此,精鏜余量須適當(dāng)增加,才能減少和避免切削振動(dòng)。對(duì)于鏜削孔徑大,鏜桿剛度高的深孔加工,更要注意這一點(diǎn)。由于這種加工方式,在鏜削時(shí)始終以缸體旋轉(zhuǎn)中心O為鏜削孔的中心,所以加工缸體的軸線直線度還是比較高的。目前,國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)各類液壓缸缸筒以鏜滾法和鏜珩法居多,采用哪種鏜削方法和加工形式來(lái)保證其精度要求是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。按其切削液供應(yīng)方式不同,又可分為如下兩種方式:即由泵輸出的切削液一種是從鏜桿后端輸入,通過(guò)鏜桿內(nèi)孔,經(jīng)鏜頭出油口,噴射到切削區(qū);另一種是從授油器(亦稱壓力頭)輸入,通過(guò)鏜桿外圓與缸筒已加工表面之間的環(huán)形空隙,噴射到切削區(qū),沖著切屑向床頭方向排出到排屑斗,最后匯集到出屑車。這種推鏜法的兩種冷卻潤(rùn)滑方式,對(duì)刀具、支承塊的壽命以及缸筒表面粗糙度的影響差異甚大。向后排屑推鏜法,其冷卻潤(rùn)滑液由泵輸出,通過(guò)授油器輸入,流經(jīng)鏜桿外圓及缸筒已加工表面之間的環(huán)形空隙到切削區(qū),強(qiáng)制切屑從鏜頭上的排屑孔流入鏜桿內(nèi)孔,向后排出到排屑斗,最后匯集到出屑車。這種方式不僅能起到強(qiáng)制潤(rùn)滑、冷卻鏜頭和減少振動(dòng)的作用,而且還可以驅(qū)使全部切屑從鏜桿內(nèi)孔向后排出。所以,我們又稱它為內(nèi)排屑鏜屑法,國(guó)外稱之謂BTA鏜削法。如圖1所示,是利用尖刀進(jìn)行粗鏜及半精鏜,切削運(yùn)動(dòng)全部由刀具的旋轉(zhuǎn)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)組成。因此,缸筒中心線就是刀具的回轉(zhuǎn)中心O1連續(xù)移動(dòng)的軌跡線。而刀具的回轉(zhuǎn)中心O1是隨著背吃這種形式是在粗