一種大長徑比帶導向分段式鏜桿的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于深孔內(nèi)槽鏜削加工的帶導向分段式鏜桿，包括導向部分、液壓驅(qū)動部分、刀頭部分、空心鏜桿和芯桿。導向部分與空心鏜桿通過螺紋相連接。空心鏜桿與柱塞缸通過螺紋相連接，并利用定位螺釘進行周向定位。芯桿位于空心鏜桿的內(nèi)孔中，通過圓柱銷與柱塞相連接。在鏜削過程中，導向部分起支撐作用，可有效提高刀頭部分的局部靜剛度。刀頭部分包括兩個對稱分布的刀片，可抵消鏜削加工時的徑向力和切向力，改善刀頭處的受力情況。較之現(xiàn)有技術(shù)的鏜桿，本發(fā)明的帶導向分段式鏜桿具有較高的靜剛度，能承受更大的切削力，大大提高了深孔內(nèi)槽鏜削的加工精度和加工表面質(zhì)量，且同樣適用于深長孔的鏜削，加工范圍較廣。
【專利說明】
一種大長徑比帶導向分段式鏜桿
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于深孔內(nèi)槽加工領(lǐng)域，特別是一種大長徑比帶導向分段式鏜桿。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的機械加工領(lǐng)域內(nèi)，鏜桿是對孔內(nèi)槽加工或孔加工的一種主要工具。然而在深孔內(nèi)槽的鏜削過程中，由于鏜刀處于半封閉的狀態(tài)，鏜桿結(jié)構(gòu)尺寸受到工件的限制，長徑比較大(L/D大于15)，剛度相對較弱，并且鏜削過程中鏜桿處于懸伸狀態(tài)，若未添加相應(yīng)的導向或支撐，刀頭處受力產(chǎn)生的變形較大，容易導致讓刀現(xiàn)象的發(fā)生，嚴重影響深孔內(nèi)槽的加工精度。
[0003]為了增大鏜桿的剛度，目前通用的解決方法是減少懸伸長度或增大鏜桿本體的直徑，但對于深長孔工件來說，該方法不可行，因此單純改變鏜桿本身尺寸具有一定的局限性；除此方法之外，也可以選用高彈性模量的材料制造刀桿，如硬質(zhì)合金、陶瓷、CFRP等，但是此類材料加工較為困難且韌性較差，單純改變鏜桿的材料同樣難以滿足深孔內(nèi)槽鏜削的加工要求。
[0004]申請?zhí)枮?01210210090.8，名為《一種帶輔助支撐的圓柱深孔鏜削裝置》的中國專利公開了一種帶輔助支撐的圓柱深孔鏜桿，具有刀具自動伸縮裝置，可避免退刀時刀具劃傷加工表面，且在相對于刀具的切向和徑向位置處均設(shè)置了浮動支撐。但是該鏜桿未設(shè)置合理的排肩結(jié)構(gòu)，切肩容易堵塞在刀頭部位，嚴重影響加工表面質(zhì)量和刀具壽命，且刀頭處只設(shè)置了單個鏜刀，徑向力和切向力無法抵消，只依靠浮動支撐承擔，未能充分提高鏜刀桿的剛度;除此之外，鏜桿是通過旋轉(zhuǎn)手柄來帶動雙錐面芯桿軸向移動的，鏜削深長孔時，只需要一次進給和退刀，若加工對象為多層深長孔內(nèi)槽，則需要反復多次旋轉(zhuǎn)手柄，操作較為繁瑣，且加工精度無法保證。
[0005]楊紅麗的一篇名為《內(nèi)孔油槽多用鉸刀》的論文中介紹了一種孔內(nèi)槽加工專用鉸刀，該刀具依靠推塊的錐形面和壓刀彈簧分別實現(xiàn)徑向進給和退刀，該鉸刀刀片對稱布置，因此切削徑向力和切向力可相互抵消，刀桿的剛度得到一定的提高，但是刀桿未添加相應(yīng)的導向或支撐，加工過程中刀具仍為懸伸狀態(tài)，因此不適于加工長徑比較大的深孔內(nèi)槽，且刀桿缺少合理的排肩結(jié)構(gòu)，切肩容易堵塞在刀頭部位和壓刀彈簧處。另外利用該刀桿鏜削多層環(huán)形槽時，必須調(diào)解調(diào)整襯套的軸向位置，操作同樣較為繁瑣，且無法保證環(huán)形槽之間的軸向尺寸精度。
[0006]由上可知，在深孔內(nèi)槽加工領(lǐng)域中，現(xiàn)有的技術(shù)只包含單側(cè)刀片或缺少相應(yīng)的導向支撐，并未充分提高鏜桿的剛度，且軸向位置控制靈活性較差，操作較為繁瑣，軸向尺寸精度難以保證。而且多數(shù)刀桿缺少合理的排肩結(jié)構(gòu)，切肩容易堵塞在加工位置處，刀具壽命和表面質(zhì)量受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種大長徑比帶導向分段式鏜桿。
[0008]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種大長徑比帶導向分段式鏜桿，包括擋板、導向頭、復位彈簧、刀片、空心鏜桿、芯桿、柱塞缸、柱塞、滾柱、切削液管、液壓油管、螺釘、銷釘、拉簧；
[0009]所述擋板的后端設(shè)置導向頭，導向頭的周向均勻開有6個圓柱形凹槽，凹槽槽口為收緊結(jié)構(gòu)，用于安裝滾柱，導向頭的后端設(shè)置空心鏜桿，在導向頭以及空心鏜桿上軸向?qū)ΨQ開有2個用于安裝切削液管的通孔，切削液管的一端位于導向頭前端，切削液管的末端通向刀片處，空心鏜桿的后端與柱塞缸相連，空心鏜桿內(nèi)設(shè)有芯桿和復位彈簧，復位彈簧的一端與導向頭中心的盲孔底面相緊靠，復位彈簧的另一端與芯桿的前端相緊靠，芯桿后端與柱塞缸中的柱塞相連，柱塞缸底部的中心軸處設(shè)置液壓油管，該液壓油管的一端與柱塞缸相通，液壓油管的另一端與外界液壓栗相通。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為:(I)本發(fā)明的刀頭部分對稱設(shè)置了兩個成形刀片，鏜削過程中的切向力和徑向力可相互抵消，改善了刀頭處的受力情況。(2)導向頭與空心鏜桿螺紋連接，可將普通鏜桿的懸臂梁模型變?yōu)楹喼Я耗Ｐ?，且刀頭距導向頭支撐點處較近，大大增大了刀頭的局部靜剛度，減小了受力變形，避免了讓刀現(xiàn)象的發(fā)生。(3)導向頭通過滾柱與工件內(nèi)壁接觸，可大大減少與工件內(nèi)壁的摩擦力，避免了由于工件轉(zhuǎn)動帶來的附加扭矩造成螺紋連接松動。(4)鏜桿采用柱塞缸驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，且有良好的吸振緩沖功能。(5)芯桿采用高彈性模量的硬質(zhì)合金材料，可進一步的增大刀桿的剛度。
(6)鏜桿依靠柱塞的往復運動實現(xiàn)進退刀，依靠機床刀架帶動鏜桿軸向移動，可實現(xiàn)多層環(huán)形內(nèi)槽的鏜削加工，操作較為靈活，且軸向尺寸精度能夠保證。(7)芯桿軸向運動到一定位置后，鎖緊柱塞缸，使其軸向位置固定，鏜桿依靠機床刀架整體軸向進給，可以用于深長孔鏜削加工，加工范圍較廣。(8)鏜桿設(shè)置有合理的排肩結(jié)構(gòu)，加工條件得到改善，刀具壽命和加工表面質(zhì)量得到提高。(9)鏜桿為分段式結(jié)構(gòu)，制造工藝上容易實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是本發(fā)明鏜桿的縱剖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明鏜桿的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3是沿圖1中的A-A線的剖視圖。
[0014]圖4是沿圖1中的B-B線的剖視圖。
[0015]圖5是空心鏜桿的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖6是空心鏜桿的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖7是導向頭的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中標號含義如下:1_六角螺釘;2-擋板;3-導向頭;4-復位彈簧;5-刀片;6-空心鏜桿;7-芯桿;8-定位螺釘;9-柱塞缸;10-柱塞；11-滾柱；12-切削液管；13-圓柱銷；14-液壓油管；15-螺釘;16-銷釘;17-拉簧。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明的一種大長徑比帶導向分段式鏜桿，包括擋板2、導向頭3、復位彈簧4、刀片
5、空心鏜桿6、芯桿7、柱塞缸9、柱塞1、滾柱11、切削液管12、液壓油管14、螺釘15、銷釘16、拉簧17;
[0020]所述擋板2的后端設(shè)置導向頭3，導向頭3的周向均勻開有6個圓柱形凹槽，凹槽槽口為收緊結(jié)構(gòu)，用于安裝滾柱11，導向頭3的后端設(shè)置空心鏜桿6，在導向頭3以及空心鏜桿6上軸向?qū)ΨQ開有2個用于安裝切削液管12的通孔，切削液管12的一端位于導向頭3前端，切削液管12的末端通向刀片5處，空心鍵桿6的后端與柱塞缸9相連，空心鍵桿6內(nèi)設(shè)有芯桿7和復位彈簧4，復位彈簧4的一端與導向頭3中心的盲孔底面相緊靠，復位彈簧4的另一端與芯桿7的前端相緊靠，芯桿7后端與柱塞缸9中的柱塞10相連，柱塞缸9底部的中心軸處設(shè)置液壓油管14，該液壓油管14的一端與柱塞缸9相通，液壓油管14的另一端與外界液壓栗相通。[0021 ]所述空心鍵桿6的前端徑向開有通槽，通槽內(nèi)對稱安裝有兩個刀片5，在空心鍵桿6的外側(cè)對稱銑有兩個直槽，刀片5上對稱安裝有兩個螺釘15，螺釘15穿過空心鏜桿6的直槽底部所設(shè)的長圓形導向槽，螺釘15與安裝在空心鏜桿6直槽底面的銷釘16通過拉簧17相連。
[0022]所述擋板2上開有通槽，通槽徑向尺寸大于導向頭3上用于安裝切削液管12的通孔直徑。
[0023]所述擋板2與導向頭3通過六角螺釘I相固連，導向頭3與空心鏜桿6螺紋連接，空心鍵桿6與柱塞缸9螺紋連接，并通過定位螺釘8周向定位，芯桿7與柱塞10通過圓柱銷13相固連。
[0024]所述芯桿7包括小直徑段、連接段和大直徑段，所述小直徑段位于芯桿7的前端，大直徑段位于芯桿7的后端，連接段為錐形結(jié)構(gòu)，其錐度為15°，刀片5的徑向一側(cè)開有半圓錐形內(nèi)孔，錐度為15°，與芯桿7上的連接段相配合。
[0025]所述滾柱11采用GCrl5SiMn材料，芯桿7采用硬質(zhì)合金材料，復位彈簧4和拉簧17均采用70鋼材料。
[0026]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述。
[0027]實施例
[0028]如圖1是本發(fā)明的大長徑比帶導向分段式鏜桿的縱剖結(jié)構(gòu)示意圖，它主要適用于直徑較小的深長孔及深長孔環(huán)形內(nèi)槽的鏜削加工。鏜桿的長徑比為17:1，刀桿主體直徑為20mm。鏜桿由導向部分、液壓驅(qū)動部分、刀頭部分、空心鏜桿和芯桿組成。導向部分為鏜桿提供支撐，改變了鏜桿鏜削時的懸伸狀態(tài)，且加工部位距導向頭支撐點處較近，有效的提高了刀頭處的局部靜剛度。芯桿采用了彈性模量較大的材料，可進一步提高鏜桿的整體剛度。
[0029]導向部分由六角螺釘I，擋板2，導向頭3和滾柱11組成，導向頭3采用綜合性能較好的45鋼材料，軸向均勻開有6個圓柱形凹槽，用于安裝滾柱11，槽口為收緊結(jié)構(gòu)，可避免加工過程中滾柱11掉落，如圖3所示，在導向頭3上靠近外側(cè)處軸向?qū)ΨQ開有兩個通孔，用于安裝切削液管12，鏜削過程中，切削液沖向刀頭，可以起到冷卻和排肩的作用，改善深孔內(nèi)槽鏜削的加工條件，在干切削時，從切削液管12通入高壓氣體，也能起到及時排肩的作用。擋板2同樣采用45鋼材料，依靠六角螺釘I與導向頭3相連，用于滾柱11的軸向定位，擋板2上開有通槽，通槽徑向尺寸大于導向頭3上的通孔直徑，避免干涉切削液管12的安裝。滾柱11采用GCr 15SiMn材料，具有良好的耐磨性和沖擊韌性，加工過程中滾柱11與工件內(nèi)壁接觸，可大大減少與工件內(nèi)壁的摩擦力，避免工件旋轉(zhuǎn)帶來的附加扭矩，防止導向頭3與空心鏜桿6之間的螺紋連接發(fā)生松動。
[0030]空心鏜桿6采用45鋼材料，長度為鏜桿總長度的三分之一，如圖1所示，空心鏜桿6與導向頭3通過螺紋相連接，在螺紋段后面對稱開有兩個通孔，通孔的前端與導向頭3的通孔相對應(yīng)，后端可達到刀頭部位，用于安裝切削液管12。空心鏜桿6的中心孔內(nèi)安裝有芯桿7和復位彈簧4，復位彈簧4的一端與導向頭[3]中心的盲孔底面相緊靠，另一端與芯桿7的前端面相緊靠，如圖5和圖6所示，在安裝切削液管12的通孔后面軸向銑有通槽，用于安裝刀片5以及刀片5的軸向定位，并在通槽處的鏜桿外側(cè)對稱銑有兩個直槽，在直槽底面設(shè)有圓孔和長圓形導向槽，圓孔用于安裝銷釘16，螺釘15穿過長圓形導向槽安裝在刀片5上。
[0031]芯桿7采用高彈性模量的硬質(zhì)合金材料，可進一步的提高鏜桿的剛度，減小鏜桿的受力變形。芯桿7由小直徑段、連接段和大直徑段組成，其中連接段為錐形結(jié)構(gòu)，與刀片5上的內(nèi)圓錐面相配合，可驅(qū)動刀片5徑向進給，連接段前面的小直徑段與空心鏜桿6的內(nèi)孔相配合，可將切削力通過空心鏜桿6傳遞給導向頭3，大大減小了刀頭處的受力變形，提高了加工精度和加工表面質(zhì)量。
[0032]刀頭部分由兩個刀片5，螺釘15，銷釘16和拉簧17組成。刀片5基體采用加工性能較好的45鋼材料，切削加工部分鑲嵌在刀片基體上，采用硬度較高的PCD材料，可減少刀具磨損，提高加工表面質(zhì)量。刀片5對稱分布，鏜削過程中的徑向力和切向力可相互抵消，刀桿只承受軸向力和切向力帶來的附加扭矩，但是由于鏜桿桿體直徑較小，附加扭矩也較小，且軸向力對刀桿剛度的影響較小，因此刀頭處的受力情況得到大大改善，鏜桿可以承受更大的切削力，能夠加工長徑比更大的深孔內(nèi)槽。拉簧17采用70鋼材料，具有良好的強度和韌性。螺釘15和銷釘16之間通過拉簧17相連接，在內(nèi)槽鏜削完成后，依靠拉簧17實現(xiàn)刀片5的退刀，以免鏜桿軸向移動時劃傷工件或刀具卡死。
[0033]液壓驅(qū)動部分由柱塞缸9，柱塞10和復位彈簧4組成，柱塞缸9采用45鍛鋼材料，柱塞缸9的小直徑段與空心鏜桿6的后端螺紋連接，并在螺紋位置處設(shè)有定位螺釘8，防止周向活動或連接松動。柱塞10采用45鋼材料調(diào)質(zhì)后高頻淬火，通過圓柱銷13與芯桿7的大直徑段相連接，可帶動芯桿7軸向進給。復位彈簧4同樣采用70鋼材料，用于柱塞10和芯桿7的軸向復位。柱塞缸9的底部設(shè)有通液壓油管14的管孔。
[0034]鏜削過程為:鏜桿到達加工位置后，液壓油管14進油，芯桿7在柱塞10的帶動下軸向進給，驅(qū)動刀片5徑向伸出，開始鏜削孔內(nèi)環(huán)形槽。當單個內(nèi)槽加工完成后，依靠復位彈簧4實現(xiàn)芯桿7的軸向復位，刀片5在拉簧17的作用下徑向退刀，機床刀架帶動鏜桿軸向移動到下個加工位置，如此便可實現(xiàn)多層環(huán)形槽的鏜削加工，操作較為簡便，軸向尺寸精度可以依靠機床刀架得到保證。
[0035]當?shù)镀?徑向伸出到一定位置后，鎖緊柱塞10，使得芯桿7的軸向位置固定，機床刀架帶動鏜桿整體軸向進給，便可實現(xiàn)深長孔的鏜削加工，加工范圍較廣。
[0036]分別對本發(fā)明的專用鏜桿和普通45鋼材料的相同長徑比的鏜桿進行靜力學仿真對比分析，分別加載150N的徑向力，本發(fā)明鍵桿的刀頭處徑向位移0.00055mm，而普通鍵桿的刀頭處徑向位移為0.74mm。由上可以看出，本發(fā)明鏜桿的刀頭處局部靜剛度得到大大提高，能夠有效抑制刀頭處讓刀現(xiàn)象的發(fā)生，加工精度得到顯著提高。
【主權(quán)項】
1.一種大長徑比帶導向分段式鏜桿，其特征在于，包括擋板[2]、導向頭[3]、復位彈簧[4]、刀片[5]、空心鏜桿[6]、芯桿[7]、柱塞缸[9]、柱塞[10]、滾柱[11]、切削液管[12]、液壓油管[14]、螺釘[15]、銷釘[16]、拉簧[17]; 所述擋板[2]的后端設(shè)置導向頭[3]，導向頭[3]的周向均勻開有6個圓柱形凹槽，凹槽槽口為收緊結(jié)構(gòu)，用于安裝滾柱[11]，導向頭[3]的后端設(shè)置空心鏜桿[6]，在導向頭[3]以及空心鏜桿[6]上軸向?qū)ΨQ開有2個用于安裝切削液管[12]的通孔，切削液管[12]的一端位于導向頭[3]前端，切削液管[12]的末端通向刀片[5]處，空心鏜桿[6]的后端與柱塞缸[9]相連，空心鏜桿[6]內(nèi)設(shè)有芯桿[7]和復位彈簧[4]，復位彈簧[4]的一端與導向頭[3]中心的盲孔底面相緊靠，復位彈簧[4]的另一端與芯桿[7]的前端相緊靠，芯桿[7]后端與柱塞缸[9]中的柱塞[10]相連，柱塞缸[9]底部的中心軸處設(shè)置液壓油管[14]，該液壓油管[14]的一端與柱塞缸[9]相通，液壓油管[14]的另一端與外界液壓栗相通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大長徑比帶導向分段式鏜桿，其特征在于，空心鏜桿[6]的前端徑向開有通槽，通槽內(nèi)對稱安裝有兩個刀片[5]，在空心鍵桿[6]的外側(cè)對稱銑有兩個直槽，刀片[5]上對稱安裝有兩個螺釘[15]，螺釘[15]穿過空心鏜桿[6]直槽底面所設(shè)的長圓形導向槽，螺釘[15]與安裝在空心鏜桿[6]直槽底面的銷釘[16]通過拉簧[17]相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大長徑比帶導向分段式鏜桿，其特征在于，擋板[2]上開有通槽，通槽徑向尺寸大于導向頭[3]上用于安裝切削液管[12]的通孔直徑。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大長徑比帶導向分段式鏜桿，其特征在于，擋板[2]與導向頭[3]通過六角螺釘[I]相固連，導向頭[3]與空心鏜桿[6]螺紋連接，空心鏜桿[6]與柱塞缸[9]螺紋連接，并通過定位螺釘[8]周向定位，芯桿[7]與柱塞[10]通過圓柱銷[13]相固連。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大長徑比帶導向分段式鏜桿，其特征在于，芯桿[7]包括小直徑段、連接段和大直徑段，所述小直徑段位于芯桿[7]的前端，大直徑段位于芯桿[7]的后端，連接段為錐形結(jié)構(gòu)，其錐度為15°，刀片[5]的徑向一側(cè)開有半圓錐形內(nèi)孔，錐度為15°，與芯桿[7]上的連接段相配合。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大長徑比帶導向分段式鏜桿，其特征在于，滾柱[11]采用GCrl5SiMn材料，芯桿[7]采用硬質(zhì)合金材料，復位彈簧[4]和拉簧[17]均采用70鋼材料。
【文檔編號】B23B29/02GK106001650SQ201610466633
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】程寓, 付乾辰, 張勇
【申請人】南京理工大學