专利名称：大孔精镗装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种用于大孔加工的精镗装置。
背景技术：
当前的国家标准規定对于坐标镗床用精镗刀的最大加工孔径为Φ 310mm。然而在实际加工中，经常会遇到Φ 360mm — Φ 750mm大孔尺寸的镗削，在这里称Φ360πιπι以上的孔为大孔。需要说明的是，关于大孔，当前并没有规范予以定义，但概念已经在本领域中普遍存在，针对不同的加工对象，有的把大于Φ 150mm的加工也称为大孔加工。针对大孔加工，如果直接采用模仿设计，镗削后的孔会在浮动精镗刀刀体自身重 力的作用下出现不圆(扁圆，或者说圆度超差)的现象，所成孔的大孔的下部会大ー些，少则O. 06mm，多则O. 80mm，上部则相对小一些，直接影响大孔的尺寸精度和圆度。关于浮动精镗刀，如标准的精镗刀，表示在说明书附图I和附图2中，图2右上角点画线的弧段表示加工表面。图中，在镗杆I上开有径向方形通孔，称为刀方，一组合刀体被插入所述刀方，导向于所述刀方并在轴向和周向被约束，显然，这种结构会受到如前所述的重力的影响而导致成孔圆度超差。一种老式的大孔精镗刀表示在图3和图4中，该刀具只有一个刀头3，刀体2被一个顶紧螺钉8锁死在刀方内，相比于上述标准的精镗刀失去了浮动能力，从而克服了依据重力作用因浮动造成的圆度超差的问题。然而，在这种结构中，切削力的径向分量只能全部由镗杆承担。镗杆的悬伸较长，会产生自然的挠曲，同样会因此产生成孔圆度超差的问题，并且圆柱度也会变差。中国CN201906844U给出了一种通过改善刀具支撑条件的方案，在安装于镗床主轴锥孔内的锥柄外端，同心地设有其外径可深入被镗削孔内且外径接近被镗削孔内壁的刀盘，镗刀安装在刀盘外端面的刀槽内。这种结构是通过增加镗刀安装结构的尺寸变相的降低镗刀自身的长度，提高镗刀的刚度。然而，这种条件下的镗刀变形对圆度的影响并没有改变，原因在于，镗刀在孔的各个位置除了附加的重力外其受カ基本一致，不会因此而消除对成孔圆度的影响。并且因额外的负重会增加镗杆的变形，进ー步加剧了圆度超差的问题。
发明内容
本发明在现有浮动镗刀的基础上提出进ー步的改进，从而，本发明的目的在于提出一种能够较好的保证所成孔圆度的大孔精镗装置。为了实现本发明的发明目的，所采用的技术方案为
ー种大孔精镗装置，包括径向浮动定位于镗杆刀方的精镗刀，还包括作用于所述精镗刀而使精镗刀压紧刀方导向面的施力部件，从而使精镗刀与刀方间的摩擦力大于等于精镗刀受到的重力。依据上述结构，采用重力平衡的方式解决镗刀自身重カ对加工精度的影响，表现在如背景技术部分所述的因此所造成的对圆度的影响。显然，这种结构具有普通浮动镗刀的优点，同时，由于镗刀受到的重力要远小于切削力，相比于镗刀固定在镗杆上的结构形式，镗杆因此所产生的挠曲非常小，对加工精度的影响可以忽略。因此，依据本发明的上述结构能够很好地保证所成孔的圆度。上述大孔精镗装置，所述施カ部件为一端连接于所述精镗刀的第二拉カ弹簧，该第二拉カ弹簧的另一端被约束。上述大孔精镗装置，所述第二拉カ弹簧周向地布置在镗杆ー侧，其两端相应对称地连接在从刀方两端伸出的上精镗刀上。上述大孔精镗装置，所述第二拉カ弹簧通过活节螺钉连接到所述精镗刀上。上述大孔精镗装置，还包括自定心结构，该自定心结构包括对称地布置在精镗刀两刀方伸出端以向心拉紧精镗刀的第二拉カ弹簧。上述大孔精镗装置，第二拉カ弹簧在精镗刀刀方伸出端每端左右对称地设有两 个。
图I为标准精镗刀(浮动镗刀)在镗杆纵剖面上的安装结构示意图。图2为标准精镗刀在镗杆横剖面上的安装结构示意图。图3为ー种老式镗刀(单刀头固定设置)在镗杆纵剖面上的安装结构示意图。图4为ー种老式镗刀在镗杆横剖面上的安装结构示意图。图5为依据本发明的一种精镗刀在镗杆纵剖面上的安装结构示意图。图6为相应于图5的在镗杆横剖面上的安装结构示意图。图7为A部放大图。图8为依据本发明的ー种精镗刀受カ图。图中1、镗杆，2、刀体，3、刀头，4、压紧螺钉，5、条形孔，6、调整螺钉，7、调整螺钉，
8、顶紧螺钉，9、拉カ弹簧，10、螺钉，11、拉块，12、拉カ弹簧，13、螺钉。
具体实施例方式说明附图I至8为例示的大孔精镗刀的结构示意，但不构成对权利要求的限制，图中采用了简化画法，仅用于清楚表达，不代表真实产品的加工结构。在示例的描述中选用的术语名称可能包含特定的结构或者特性，但仅用表达于实例的技术条件，不应对本发明要求的技术方案构成限定。做为刀具设计，首先，必须找到一种最佳的结构型式；其次，合理的选择刀具的材料和角度；最后，在实践中不断完善。只有这样才能设计出合格、令人满意的刀具，大孔精镗刀亦是如此。I .通用精镗刀的结构
精镗刀具在机床制造上使用了 60多年，已经形成了国家标准。如图I和2所示，精镗刀，即图中刀体2和固定在刀体外伸端部的刀头3并附加调整部分构成，结构形式属于可调节结构，依靠上、下精镗刀体的相对移动调整实际加工内孔尺寸的大小，精镗刀可在镗杆I刀方(刀方表面精度IT7)内径向滑动，双刀刃是径向对称结构，能形成对称挤压的效果，从而，使得切削力的径向分量的平衡，适合于表面粗糙度Ra=O. 8μπι内孔的加工要求，内孔的尺寸精度可以控制在Η6级。本发明的实施例均保留浮动镗刀如附图I和2所示的基本的浮动结构，满足切削力的径向分量的平衡。2.老式大孔精镗刀的结构
如前所述，在国内市场上能见到的大孔精镗刀结构差别不大，如图3和4所示，该结构的精镗刀具为目前较多使用的ー种刀具，并且背景技术部分已经进行相对较清楚的描述，该类刀具只能进行一般精度 的内孔加工，表面粗糙度达不到图纸的技术要求。为了克服精镗刀自重下垂引起内孔不圆的因素，精镗刀与镗杆I采用6mm宽凸台径向定位，顶紧螺钉8顶紧精镗刀体的结构，由于镗刀的不能浮动，亦采用了单刀刃镗削，没有对称挤压的效果。所以，单刀刃镗削只适合于表面粗糙度Ra彡3. 2 μ m内孔的加工要求，刀头3在刀体2上的长槽内移动实现径向走刀，通过调整螺钉7来实现微调，调整螺钉7上有两种螺距的左、右螺纹，螺距为I. 25和1，这样得到的差动螺距为O. 25mm,调整螺钉7每转ー圈，刀头3前进或后退O. 25mm。精镗刀的径向调整也大同小异，通常也都是通过类似于调整螺钉7的结构形式进行调整。如前所述，图3和图4中所示的老式大孔精镗刀为单刀刃镗削，不能达到表面粗糙度Ra=O. 8 μ m的内孔加工要求，因此，依据本发明的实施例均采用浮动镗刀结构，如图5和图6所示，采用双面刃结构能形成对称挤压的效果。參见说明书附图5，在精镗刀的上、下两侧对称安装了四个拉カ弹簧9，依靠螺钉10和拉块11向心拉紧精镗刀，可以使精镗刀处于平衡的对中位置。四个拉カ弹簧9成整体的左右对称和上下对称结构，可以使镗刀获得比较好的受力状态。拉块11与精镗刀之间采用插销连接的方式，只要销轴插入销孔即可使用，装拆方便。所说的插销连接，如图7所示，表现的比较清楚，螺钉10是ー种头端带有销孔的螺钉，拉カ弹簧9的连接部可以直接插入销孔。这种螺钉可以叫做活节螺钉。活节螺栓/钉一般指国标798有眼螺栓/钉和德标(DIN) 444有眼螺栓/钉。当然，在本方案中，螺钉的头部主要用于拉カ弹簧的连接，因此，这里并不限于活节螺钉，本领域的技术人员清楚的知晓，拉カ弹簧连接部多为钩/环部，显然，螺栓/钉头能够形成一个限位部，拉カ弹簧能够挂在上面。为了消除精镗刀自重下垂导致镗削孔径不圆，或者说圆度超差的现象，一个实例中采用了拉カ弹簧12拉紧精镗刀的结构形式。在图6中，拉カ弹簧12轴向地配置在镗杆ー侧，两端通过螺钉13分别连接在精镗刀上，在精镗刀与镗杆的刀方之间施加ー个定量的摩擦力，能抵消精镗刀的部分重量。具体设计步骤如下
对于国家标准Φ 3IOmm精键刀，不会产生键削孔径不圆的现象,通过实践，Φ 340mm精镗刀也不会产生上述情况，精镗刀的外形尺寸为30x60x340，材料为45#、YG8。体积乂!= 30x60x340 = O. 000614 (m3)
重量 G1 = yV =7. 8x O. 000614 = 4. 8 (kg)
由此可知，在4. 79kg的自重下浮动镗削是安全的。—个实例中精键刀重量,如图8所示为精键刀的受カ图。
切削用量切削速度V=30m/min,进给量f=2mm,键削深度d=0. 125mm,机械效率η=0·8，对铸铁HT250的镗削抗力Ks=130kg/mm2，那么，镗削功率P= 2d f V Ks/ (60x102x n )
=2x0.125x2x30x130/ (60x102x0.8)= O. 4 (kw),
镗削转速 n=1000x60xV/ (3. 14xD) =1000x60x30/ (3. 14x750) =764(r/min)
镗削转矩 Μ=9· 55xl06 Ρ/η = 9. 55χ106 χΟ. 4/764 = 5 χ IO3 (N. mm)
精镗刀作用在镗杆上的正压カF=M/d = 5 χ IO3 /270=19 (N)
精镗刀作用在エ件上的镗削カF1=MM1 = 5 χ IO3 /750=6. 7 (N)对于 30x60 刀方来说剪切强度 τ =F/S = 19/ (30x60) =0. Oll(MPa)
所以，精镗刀的切削量小，切削抗カ低，采用50x80方只増加重量，強度、刚度过剩，新型精镗刀的外形尺寸为30x60x750，材料为45#、YG8，
体积 V = 30x60x750 = O. 00135 (m3)
重量 G = yV =7·8χ O. 00135 = 10. 5 (kg)
如图8所示,在精键刀体上出8-Φ30减轻孔，
体积 V 1= 3. 14x302/4x30 x8= O. 00017 (m3)
重量 G1 = yV =7·8χ O. 0017 = I. 3 (kg)
精镗刀重量变为G - G1 = 9. 2kg。以下是精镗刀消除自重的方法
由于精镗刀自重为9. 2kg，而在4. 8kg的自重下浮动镗削是安全的，也就必须产生4. 4kg的摩擦阻力来克服，这样无论精镗刀处于垂直、水平或任何位置，精镗刀施加给エ件内孔的压カ不会大于4. 8kg，保证了浮动镗削的安全性。在这设计了一个附加力，使镗刀与镗杆的刀方件存在4. 4kg的摩擦力。我们知道，镗刀与镗杆的材料为45#、40Cr，属于钢对钢接触，在有油润滑的情况下，静摩擦系数为μ =0.11。·.·摩擦力 f = μ N
··.附加カ N = f/ μ = 4. 4/0. 11 = 40 (kg)
采用标准件Q81-3圆柱拉カ弹簧，选用d=3、D=16的规格，
当t2 = 4.3时，拉カ？2 = 42. 7kg。此时拉力已经满足使用要求，可以平衡精镗刀自重的影响。在一个实例中，新型精镗刀自平衡的方法
采用标准件Q81-3圆柱拉カ弹簧，选用d=2、D=16的规格，
当 t2 = 3. 5 时，拉カ P2 = IOkg,
此时拉力已经满足使用要求，上、下拉カ弹簧的拉カ为20kg左右，精镗刀自重为
9.2kg，由于弹簧的拉カ大于精镗刀自重的2倍多，此时弹簧振子使受カ效果与无弹簧时的情况完全不同，精镗刀的重力下垂的因素被消弱，无论任何方位，在弹簧カ的作用下实现了精镗刀的自动对中。从图5可知，为了使精镗刀处于自动对中的位置，可以调整螺钉的深浅位置，第一次使用时需要反复调整，一旦找正就将螺钉锁定(如胶粘或紧配合)在镗杆上不再拆卸，同时4个拉カ弹簧9固定在螺钉上不再拆卸，这样就保证了精镗刀长期使用的自动对中的位置。
关于精镗刀与刀方间的摩擦力形成，我们知道刀方有四个面，理论上精镗刀与刀方其中的一个面或者两个面产生摩擦时就可以满足这种要求，且选择具有任意性。同时，摩擦力的产生需要有作用于相应面的正压力。从而，可知，产生这种正压力的施力部件选择具有比较大的自由度。 在一个实例中可以这样来配置，在镗杆的轴向设置压缩或者拉カ弹簧作用于所述精镗刀可以获得所需要的摩擦力。此时拉力弹簧可以设置在镗杆的外部，当然，由于镗杆是空心的，也可以设置在键杆内部。
权利要求
1.一种大孔精镗装置，包括径向浮动定位于镗杆刀方的精镗刀，其特征在于，还包括作用于所述精镗刀而使精镗刀压紧刀方导向面的施力部件，从而使精镗刀与刀方间的摩擦力大于等于精镗刀受到的重力。
2.根据权利要要求I所述的大孔精镗装置，其特征在于，所述施力部件为一端连接于所述精镗刀的第二拉力弹簧，该第二拉力弹簧的另一端被约束。
3.根据权利要求2所述的大孔精镗装置，其特征在于，所述第二拉力弹簧周向地布置在镗杆一侧，其两端相应对称地连接在从刀方两端伸出的上精镗刀上。
4.根据权利要求2或3所述的大孔精镗装置，其特征在于，所述第二拉力弹簧通过活节螺钉连接到所述精镗刀上。
5.根据权利要求I所述的大孔精镗装置，其特征在于，还包括自定心结构，该自定心结构包括对称地布置在精镗刀两刀方伸出端以向心拉紧精镗刀的第二拉力弹簧。
6.根据权利要求5所述的大孔精镗装置，其特征在于，第二拉力弹簧在精镗刀刀方伸出端每端左右对称地设有两个。
全文摘要
本发明公开了一种大孔精镗装置，包括径向浮动定位于镗杆刀方的精镗刀，还包括作用于所述精镗刀而使精镗刀压紧刀方导向面的施力部件，从而使精镗刀与刀方间的摩擦力大于等于精镗刀受到的重力。依据本发明的大孔精镗装置能够较好的保证所成孔圆度。
文档编号B23B27/00GK102847960SQ20121010986
公开日2013年1月2日 申请日期2012年4月16日 优先权日2012年4月16日
发明者谭德宁, 王晓刚, 张景瑞, 张桂欣, 彭伟超 申请人:山东普利森集团有限公司