普通车床改装深孔加工机床结构设计

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1、11.1.1.22.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.2.33.3.3.3.3.3.3.目录绪 论 31 深孔概念 32 深孔加工中存在的问题 33 深孔加工发展历史 3深孔加工系统 51 深孔加工系统介绍 51.1 枪钻系统 51.2 枪钻系统的缺陷 51.3 BTA 系统61.4 BTA系统的缺陷61.5 喷吸钻系统71.6 喷吸钻系统的缺陷71.7 DF 系统81.8 DF系统的缺陷81.9 SIED系统 81.10 SIED系统的优点92 深孔加工中设备要求92.1 深孔加工机床要求92.2 深孔加工附件要求103 车床改造原因10课题分析101 机床参数对比101.

2、1 深孔钻床主要技术参数101.2 普通车床主要技术参数11错误!未定义书签。错误!未定义书签错误!未定义书签错误!未定义书签2 机床结构对比.3 机床加工对比.4 改造可行性分析4.1 加工方法分析3.4.2加工受力分析 错误!未定义书签。3.4.3 加工功率分析错误!未定义书签。3.5 改造方案错误!未定义书签。4 设计过程124.1 负压抽屑分析124.1.1 负压抽屑原理124.1.2 影响负压抽屑效应的因素错误!未定义书签。4.2 SIED抽屑器参数的选取 错误!未定义书签。4.3 SIED抽屑器结构设计 错误!未定义书签。4.3.1 钻柄卡头设计错误!未定义书签。4.3.2 后喷嘴

3、设计144.3.3 管联接件设计错误!未定义书签。4.3.4 前喷嘴设计错误!未定义书签。4.3.5 密封垫设计错误!未定义书签。4.3.6 前帽设计错误!未定义书签。4.3.7 后盖设计错误!未定义书签。4.3.8 箱体设计错误!未定义书签。4.3.9 装配效果错误!未定义书签。4.4 SIED输油器结构的选取 错误!未定义书签。4.4.1 密封套设计错误!未定义书签。4.4.2 后堵设计错误!未定义书签。4.4.3 后盖设计错误!未定义书签。4.4.4 定径套设计错误!未定义书签。4.4.5 前内套设计错误!未定义书签。4.4.6 前盖设计错误!未定义书签。4.4.7 输油器箱体设计错误!

4、未定义书签。4.4.8 装配效果错误!未定义书签。4.5 总体改装图错误!未定义书签。结 论15参考 文献 17致 谢错误!未定义书签。1绪论1.1 深孔概念在机械制造行业中，一般规定孔深L与孔径do之比大于5的圆柱孔(内圆柱 面)称为深孔1即L/do5的孔称为深孔，L/doW5的孔称为浅孔。孔加工分为浅孔加工和深孔加工两类。孔深度与直径之比,决定了孔加工艺系统的刚度及刀具结构上的特点。L/do增大，工艺系统刚度降低，切屑排出及冷却 润滑的难度加大。1.2 深孔加工中存在的问题(1) 钻孔时不能直接观察刀具的切削情况，工作过程中只能凭听声音、看切 屑、观仪表(油压表及电表等)、摸振动等外观现象

5、，来判断切削过程是否正常。(2) 孔的深径比大，钻杆细而长，刚性低，易振动，钻孔易走偏，因此，支 承导向极为重要。(3) 切屑排除困难，必须要保证可靠地断屑。切屑的长短和形状要加以控制， 如果切屑堵塞则会引起刀具损坏。由于排屑空间受到钻杆的限制，套料钻钻孔有料 芯的干扰，排屑条件更为恶劣，因此需要强制排屑。(4) 切削热不易散出，工作条件恶劣，必须采用有效的冷却方式。1.3 深孔加工发展历史 最早用于加工金属的深孔钻头是扁钻。它发明干18世纪初， 1860年美国入对 扁钻做了改进，发明了麻花钻，在钻孔领域迈出了重要的一步。在20世纪初期，德、英、美等国家的军事工业部门先后发明了单刀钻孔工具，

6、因用于加工枪孔而得名枪钻。在1943午，德国海勒公司研制出毕斯涅耳(Beisner)加工系统(即我国常称 的内排屑深孔钻削系统)。战后，英国的维克曼公司、瑞典的卡尔斯德特公司、德 国的海勒公司、美国的孔加工协会、法国的现代设备商会等联合组成了深孔加工国 际孔加工协会(Boring and Trepanning Association)，简称BTA协会。经过他们 的努力，这种特殊的加工方法又有了新的发展，并被定名为BTA法，在世界各国普 遍应用。后来瑞典的山特维克公司首先设计出可转位深孔钻及分屑多刃错齿深孔 钻，使BTA法又有了新的飞跃。20世纪70年代中期，出日本冶金股份有限公司研制出的DF(

7、Double Feeder) 法为单管双进油装置，它是把BTA法与喷吸钻法两者的优点结合起来的一种加工方 法，目前广泛应用于中、小直径内排屑深孔钻削。20 世纪 80 年代初至 21 世纪初，中北大学机械制造工艺研究所王峻教授等人 完成了 SIED深孔加工集成技术及装备的研制开发，并在生产实践中获得成功应用。 SIED技术是在归纳现有的枪钻、BTA钻、双管喷吸钻、DF系统等各种深孔加工技 术优点，并最大限度避免其缺点的基础上形成的一种具有创新性和实用性的深孔加 工技术体系。2深孔加工系统2.1深孔加工系统介绍深孔加工系统是以深孔加工中所用的冷却、排屑装置来分类的。目前，国内、 外常用的深孔加工

8、系统有枪钻系统、BTA系统、喷吸钻系统、DF系统和SIED系统。 这些系统除用于与之对应的钻头进行钻削外，亦可以用于其它深孔刀具切削加工， 如深孔镗削、铰削和珩磨等。2.1.1枪钻系统枪钻系统属于外排屑方式，其结构如图2.1所示，主要由中心架、扶正器、钻 杆联结器和冷却润滑油路系统组成。其中中心架辅助机床卡盘用于装夹工件；扶正 器主要用于钻头人钻时导向。并提供向外排屑的通道；尾架用于夹持钻头柄部，支 承钻削扭矩和轴向力。枪钻系统的工作原理是：切削液通过尾架上输油人口进入钻 杆内部，到达钻头头部进行冷却润滑，并将切除的切屑从钻头外部的V型槽中排出。 由于切屑由钻头和钻杆外部排出，容易擦伤已加工孔

9、表面，其加工质量要低于内排 屑方式的系统。该系统主要用于小直径(一般V20 mm)深孔加工。图2.1枪钻系统2.1.2枪钻系统的缺陷(1) 结构性缺陷：钻头与钻杆不可拆卸，每次重磨时必须整体更换，从而增 加了辅助时间；钻杆为薄壁无缝管轧成月牙形断面，其扭转刚度和弯曲刚度远低于 内排屑深孔钻；钻杆的外径、壁厚与钻头直径之间存在着严格的比例关系，即使钻 头尺寸变动不大，也必须为之配制专用的钻杆；枪钻加工对油压的要求极高(为内 排屑深孔加工的3-5倍)；枪钻钻杆为一根整体，其全长由工件孔深等尺寸决定。(2) 工艺性缺陷：工艺性最差，如：薄壁异型钻杆与钻头的对焊，钻头小， 出油孔的加工，低刚度异型钻杆

10、的校直，一对一地按钻头直径配制钻杆，钻头刃磨 和重磨时必须连带一根长长的钻杆。(3) 其他方面的不足：枪钻机床迄今未能摆脱专用设备的范畴，枪钻没有与 之配套使用的精加工刀具。2.1.3 BTA 系统BTA系统属于内排屑方式。其结构如图2.2所示。主要由中心架、授油器、钻 杆联结器和冷却润滑油路系统组成。BTA系统中的授油器与枪钻系统中的扶正器功 能不同，授油器除了具备导向扶正功用外，还提供了向切削区输油的通道。BTA系 统的工作原理是：切削液通过授油器从钻杆外壁与已加工表面之间的环形空间进 入，到达刀具头部进行冷却润滑，并将切屑经钻杆内部推出。该系统使用范围广泛， 适用于深孔钻削、镗削、铰削和

11、套料，但受到钻杆内孔排屑空间的限制.主要用于 自得12 mm的深孔加工。入I i图2.2 BTA系统2.1.4 BTA系统的缺陷(1) 结构性缺陷：单出屑口的Beisner内排屑深孔钻相对排屑面积过小；TA 钻采用双出屑口错齿结构和切屑刃上磨出断屑台，由此钻头结构大大复杂化；断屑 台的设置使其成为一次性使用(不可重磨)的复杂工具。(2) 工艺性缺陷：错齿BTA钻结构工艺性较差，必须有专业化程度很高的工 具制造厂家才能生产。(3) 功能性的缺陷：BTA钻的最小可钻孔直径为16 mm左右，实际上少用 于20 mm以下的钻孔，BTA钻的国际销售价格很高，其焊接型结构又只能一次性 使用，机夹可转位型的

12、BTA错齿钻寿命较长，但价格又贵很多。(4) 其他方面的不足：BTA刀具中没有内排屑的精加工刀具，因而限制了 BTA 钻床的加工能力。2.1.5喷吸钻系统喷吸钻系统主要用于内排屑深孔钻削加工。喷吸钻系统利用了流体力学的喷 射效应的原理，当高压流体经过一个狭小的通道喷嘴高速喷射时，在这般喷射流的 周围形成低压区中可将喷嘴附近的流体吸走。喷吸钻系统结构如图2.3所示，其工 作原理是：切削液在一定压力作用下，由联结器上输油口进入，其中2/3的切削 液向前进人内、外钻杆之间的环形空间，通过钻头柄部上的小孔流向切削区，对切 削部分、导向部分进行冷却与润滑.并将切屑推人内钻杆内腔向后排出；另外1/ 3的切

13、削液，由内钻杆上月牙状喷嘴高速喷人内钻杆后部，在内钻杆内腔形成一个 低压区，对切削区排出的切削液和切屑产生向后的抽吸。在推、吸双重作用下，促 使切屑迅速向外排出。因此，在喷吸钻钻孔时，切削液压力低而稳定.不易外泄， 排屑顺畅，降低了钻削系统的密封要求，保证了钻削加工可以在较大的切削用量下 进行。喷吸钻系统由中心架、支承架、内钻杆、外钻杆及冷却润滑系统等组成。由 于有内管，喷吸钻加工最小直径范围受到限制，一般不能小于18 mm。图2.3喷吸钻系统2.1.6喷吸钻系统的缺陷(1) 其结构复杂，难于制造，成本太高。(2) 双管喷吸钻的负压抽屑功能不理想。表现之一是18.4 mm以下的深孔 不能采用此

14、种技术；表现这二是双管喷吸钻不适用于钻孔深度超过1000 mm。(3) 双管喷吸钻适用于孔深不大的较大批量生产，而不适用于多品种小批单 件生产。2.1.7 DF 系统DF为英文Double Feeder的缩写，原意为双进油装置，是20世纪70年代中 期日本冶金有限股份公司研制出来的。它并非独创，而是将BTA方法推出切屑与喷 吸钻吸出切屑的方法相结合，仅用一个钻杆完成推、吸双重作用。它同时具备了 BTA系统和喷吸钻系统的优点，并克服不足，使钻削直径范围增大(最小直径可达 6 mm)，密封压力减小，加工精度和效率提高。DF系统需要把切削液分成两条路 线分别供给授油器和联结器，如图2.4所示。其工作

15、原理是：约2/3的切削液同 BTA系统一样由授油器进入，并从钻杆外壁与已加工孔表面之间的环形空间到达钻 头头部，并将切屑从钻杆内部推出；另外1/3的切削液直接从钻杆联结器的负压装 置进入钻杆内腔，产生一定的负压。将切削区的切削液和切屑向后抽吸，促使切屑 顺利排出。图2.4 DF系统2.1.8 DF系统的缺陷(1) DF系统的抽屑器设计很不成熟，实践中DF系统仅在有限范围内能替代 BTA和双管喷吸钻。(2) DF系统沿袭了 BTA刀具系统(无套料刀具)，既继承了 BTA钻的优点， 同时又沿袭了 BTA钻的缺陷。2.1.9 SIED 系统SIED是“单管内排屑深孔喷吸加工”的英文名称缩写，是一种以BTA、双管喷吸钻、DF钻三种内排屑深孔钻削技术为基础，并吸收了枪钻的若干优点，经过改 进创新的单管内排屑喷吸加工技术。1-SIED实体钻头；2-工件；3-输油器；4-SIED抽屑器图2.5 SIED系统2.1.10 SIED系统的优点(1) 以单管内排屑