液壓缸缸筒銑削工序工藝分析

冷壓機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行強大的研磨，被稱為冷杉管的研磨法。本文對用熱軋管生產缸筒的鏜孔工序進行工藝分析,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程中,鏜桿始終處于軸向受壓狀態下工作。按鏜削過程排屑方式不同,又分為向前排屑推鏜法和向后排屑推鏜法兩種。(1)冷卻潤滑自適應前者由于工件旋轉,從鏜桿內孔輸入的冷卻潤滑油通過鏜頭上的出油孔噴射到切削區時,由于附壁效應,會形成附著于缸筒內表面的螺旋狀軌跡油液,其中存在的切屑在缸筒旋轉情況下,亦產生離心力而緊緊地附于缸筒內表面上,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,冷卻潤滑油從授油器輸入時,以圓筒狀的切削液筒均勻地向整個鏜頭的周圍噴射,從而使切屑沒有在缸筒內表面停留的機會,使切屑幾乎全部排往排屑斗。同時,由于冷卻潤滑油是從鏜頭周圍噴射切削區,不僅對鏜刀支承塊導向塊進行強制潤滑冷卻,亦可減輕鏜頭與缸筒的摩擦,從而減輕了切削過程的振動。這對延長刀具壽命以及降低缸筒內表面粗糙度值都非常有利。據實驗對比,半精鏜時,后者加工表面粗糙度值能穩定在Ra=3.2μm,而前者從整個表面上看是Ra=3.2μm,但每根缸筒都可發現幾處只能達到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,從而致使鏜桿導向套磨損不太均勻,容易出現加工缸筒軸線的直線度或傾斜度的誤差較大。但對于加工缸徑較大、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程中,鏜桿在軸向始終處于受拉伸狀態下工作。鏜頭沿著鏜桿前進的直線方向作進給運動,切削穩定性很好。所以它特別適用于加工直線度要求較高、長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,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形空隙流出,所以鏜桿表面易被切屑劃傷。同時,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。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,由于刀具結構原因,切削速度與進給速度較低,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。據統計,在中批量生產中,它的效率比推鏜低1/4?1/3。因此,拉鏜除了加工長徑比大、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外,尚有其加工形式亦不能忽視。關鍵形狀：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，旋轉刀，用于注入運動(2)孔結構的使用第一,鏜頭導向套孔中心O1在圖2所示的第一象限內。在這種情況下鏜削,當鏜頭導向套與鏜頭之間的間隙較小,特別是新機床時,缸筒切入端的一段鏜出來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,加工結果會出現錐度。另外,在初切入時,因切入端孔徑大于鏜頭直徑,容易引起振動而出現波紋。第二,鏜頭導向套孔中心在圖示的第二象限內(見圖3)。在這種情況下鏜削,加上鏜頭與導向套之間的間隙影響。在初切入時,鏜出的孔徑一般是小于鏜頭直徑,即鏜削孔徑繼續進給時,刀頭背面的硬質合金支撐塊會受到較大的擠壓作用。這對鏜頭支承墊、導向條及刀具壽命極為不利。當支承墊進入孔中后,才開始支承,轉入正常鏜削。但這種加工結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、刀具固定的加工形式時,鏜刀切不可安裝在垂直平面內的下方(見圖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。加工大孔徑、長缸體尤需注意。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,其錐度亦較大。(3)缸體與刀具均作旋轉運動,刀具同時做進給運動這種加工形式因缸體與刀具同時做方向相反的旋轉運動,所以用來加工較笨重及不平衡但可在機床上回轉的缸體(尤其長缸體)最為合適。它既可避免第一種形式的缺點,又具有第二種形式的優點,且可通過刀具的旋轉運動來充分發揮刀具的切削性能,來保證較高的生產率。此外,它還有如下特點:第一,由于刀具與缸體均作旋轉運動,因此,有較多的轉速級數可供選擇。第二,若采用內排屑鏜削法,因鏜桿處于轉動狀態下工作,為排屑創造了有利條件。因為上述優點,一些廠家常采用這種加工形式,來保證缸筒軸線直線度要求。三旋轉軸實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點,但缺點是其切削運動軌跡不是圓,而前述的兩種加工形式的切削運動軌跡都是圓。這個缺點一般容易被忽視,因此,在使用中出現問題時,往往容易混淆。為此,我們不妨分析一下。如上所述,為了補償授油器移動的磨損和床頭箱主軸溫升的影響,授油器上鏜頭導向套孔中心比主軸中心高,兩者不同軸。如圖5所示,設鏜頭的回轉中心為O1,缸體的回轉中心為O,刀尖的切削是由這兩個不同軸的旋轉運動組成。在上述的缸筒鏜削加工第一種基本形式中(見圖1),n缸=0,其刀尖切削的運動軌跡即為刀尖本身旋轉的運動軌跡,軌跡為圓,其參數方程為:式中R刀——刀尖的回轉半徑O1Aω——刀尖的回轉角速度在上述的缸筒鏜削加工第二種基本形式中(見圖2、圖3),其刀尖切削的運動軌跡為刀尖在缸體上的切削點隨缸體旋轉的運動軌跡,該軌跡亦為圓。其參數方程為:式中R缸——缸筒半徑OAω缸——缸筒回轉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運動時,刀尖的切削軌跡是它們復合運動的軌跡。其參數方程如下:討論:(參見圖5)當刀尖切到A′方位,∠OO1A′=180°,即arctan(a/b)+90°+ω刀·t=180°,∵O1A=R刀,則:從上述討論兩對稱點來看,缸體與刀具均作旋轉運動時,其切削半徑逐漸變化,其變化范圍在由此可見,其切削軌跡在一個橫斷面內不是圓。當缸體與刀具轉速為1:1時,最大切削半徑處于A′方位,最小切削半徑處于A″方位;而當缸體與刀具轉速為1:2時,其最大切削半徑除在OA′位置外,另一處在對稱的OA″位置上。反之,若缸體與刀具轉速為2:1時,則其最大切削半徑永遠在OA′位置上,所不同的是缸體轉一周時,刀具在OA′位置只切削兩次。由此可見,當采用缸筒、刀具均作旋轉運動的形式鏜缸,缸筒的轉速一定要比刀具轉速低,它們速比愈大,則刀尖切削內孔愈光滑。這是缸體與刀具均作旋轉運動進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的數值,而且不大,若下道工序精鏜余量很小,會出現因背吃刀量脈動變化而產生振動。為此,精鏜余量須適當增加,才能減少和避免切削振動。對于鏜削孔徑大,鏜桿剛度高的深孔加工,更要注意這一點。由于這種加工方式,在鏜削時始終以缸體旋轉中心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,國內廠家生產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保證其精度要求是一個關鍵問題。按其切削液供應方式不同,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,通過鏜桿內孔,經鏜頭出油口,噴射到切削區;另一種是從授油器(亦稱壓力頭)輸入,通過鏜桿外圓與缸筒已加工表面之間的環形空隙,噴射到切削區,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滑方式,對刀具、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,其冷卻潤滑液由泵輸出,通過授油器輸入,流經鏜桿外圓及缸筒已加工表面之間的環形空隙到切削區,強制切屑從鏜頭上的排屑孔流入鏜桿內孔,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制潤滑、冷卻鏜頭和減少振動的作用,而且還可以驅使全部切屑從鏜桿內孔向后排出。所以,我們又稱它為內排屑鏜屑法,國外稱之謂BTA鏜削法。如圖1所示,是利用尖刀進行粗鏜及半精鏜,切削運動全部由刀具的旋轉及進給運動組成。因此,缸筒中心線就是刀具的回轉中心O1連續移動的軌跡線。而刀具的回轉中心O1是隨著背吃這種形式是在粗