镗孔时发生让刀现象分析及解决方法

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1月 0

宁波职业技术学院学报J u a f Nig o P ltc nc o r lo n b oye h i n

0c . 2 2 t 01 V0.6 . 11 NO5

第 l 6卷第 5期

镗孔时发生让刀现象分析及解决方法陈辉华(三明职业技术学院机械电子系，福建三明 3 5 0 ) 600摘要：通过镗孔时让刀现象的原因分析，索消除让刀有效方法。果表明，孔时让刀的原因有镗杆受力探结镗

产生的弯曲弹性挠变和简谐运动；杆与导向套的精度及配合间隙产生圆周滑动和单摆运动：床导轨进给镗镗

方向与主轴轴线不平行产生爬行和偏摆运动三个方面。可以从提高镗杆的刚度和螺旋下刀加工方式：用回采转式镗套前后双导向支承；善润滑条件和改进机床设计方法加以解决。改 关键词：镗杆；让刀；原因；方法

中图分类号：T 6+ H 11. 3

文献标识码：A

文章编号：17— 13 2 1 )5 0 8- 6 6 12 5 (0 20 - 0 3 0

0引言 在加工一批对孔要求较高的零件时 .发现刀具的进给在孔全长上背吃刀量由小变大，或由大

产生的挠曲变形很小，那么让刀量就很小；低速精镗时，自重对镗杆的作用相当于均布载荷作用在悬臂梁上。使镗杆实际回转中心始终低于理想回

变小，工的孔偏斜，加而且刀杆细长、刚性差、冷却困难、屑不容易排出、易振动、寸误差大，切容尺往往在切削力作用下工件和镗刀因弹性变形而出现实际去除量与进刀量不相同，造成“刀”内孔而让。

转中心一个值。G越大或镗杆悬伸越长，则值越大，图 1如所示。

加工时的“刀”象出现，造成内孑尺寸和形让现会 L状精度误差超过允许的值 .使工件容易报废，直接对生产造成经济损失。为了实现镗孔的精确度 .在做让刀分析的基础上，提出了提高镗杆的刚度和

螺旋下刀加工方式的方案 .采用回转式镗套前后双导向支承的方式，改善润滑条件和改进机床设

图 1镗杆自重产生的弯曲弹性挠变

计的方法有效地解决让刀现象。

1镗削内孔时发生“刀”因分析 让原11受力

所产生的弹性变形的影响 .111自重所产生的弯曲弹性挠变 ..

镗杆自身质量 G在镗孔过程中，其大小和方向不变，此，它所产生的镗杆挠曲变形因由的方向也不变。高速镗削时，为陀螺效应，因自重所收稿日期：2 1— 8 1 020—5

作者简介：陈辉华 (9 5 )男，建仙游人，级讲师，究方 17一，福高研

宁波职业技术学院学报 E m i n tx@1 3c m— a:bp b 6 . l o

且口

E Kcp c d d= a. h,户K b

() 6

式中：K为单位切削面积上的切削力，/ m; Nr a为切削厚度， m;d m b为切削宽度， m;为切削力， m

N;为切削深度，厂 a p mmi为进给度， m r m/。在镗削时切削面积由零突然增加到一定的

值，杆上便受到切削力作用，镗随着镗杆的旋转不断地改变方向，由此而引起的镗杆挠曲变形也图 2简化的悬臂梁镗刀杆

不断地改变方向 (图 3所示 )使镗杆的中心偏如， () 2离了原来的理想中心，而产生让刀现象。从

=

XZG X+ - L C,

=

等XCD 2++, XX O VAO=,=, ' A 0==

( 3 )\

在固定端 A.转角和挠度均应等于零，即() 4() 5镗

{

0,

把边界条件式 ( )人式 ( )式 ( )入式 4代 2, 5代( )得 3,C= O= EI A 0, D= V=0. EI A 图 3镗 7切削时受力产生让刀量 J

再将所得积分常数 C和 D代入式 ( ) 2和式 ( )得 3,转角方程和挠曲方程分别为E/ v=一G ,

由图 3可见，当切削力大小不变时刀尖的运动轨迹仍然呈正圆，所镗出孔的直径比刀具调整尺寸减少了。的大小与切削力及镗杆的伸 出长度有关，越大或镗杆伸出越长，则就越 大。当采用镗杆进给时，镗杆的挠曲变形也是变化的，么 2量也是变化的，刀量可以利用力学那 让分析，以计算。加

=

以截面 B的横坐标 x L代入以上两式，得截=面 B的转角和挠度分别为

O', n= =一 V筹 sl 一 。 式中 为负，表示截面的转角是顺时针的也为

负 .示曰点的挠度向下。表

镗刀杆可以简化为悬臂梁，取坐标系，选等直悬臂梁受均布载荷 q结果如图 4示。,所弯矩方程为

()一一L ) =要 ( ,挠度曲线近拟微分方程为

() 7

令= N=0a= m_= G0,2 P 5 '普 2 E1, 0, 0 GL r a4 l 4得 9 mm .0= .0 4 a B一00 2 2 r d,一

Ey= =要 ( ) l ()一一 ”,转角方程和挠度曲线方程为

() 8

00 0 .8 5 mm。

O击 (x告， e L) = -3 _

( 9 )(0 1)

因此 .自重对镗刀产生让刀也是不可忽视的。112切削力所产生的弯曲弹性挠变 ..

( )+ 4￡ = 告 q L一

工件在镗削加工时，切削层与加工表面上产

(2 24 x。+ - L )

生弹性和塑性变形，镗刀与工件之间的相对运动存在摩擦力，么镗刀要受到作用于前、刀面上那后的变形抗力和摩擦力作用，些力合力为切削力，这=

在自由端 B, q 0 N,= 1 G aL 5 m 令= . E 2 0 P,= 0 m, 9

3 m_} 4 4入 (~0 5, 1,式9() / 9 m代 )1得 m- m

8 21年第5 4 02期

陈辉华：孔时发生让刀现象分析及解决方法镗

庐一 1 9 r d, O. 1 5 a

一 1 4.mm。

镗刀在轴方向上做简谐运动 .加工出的孔型近似为椭圆，其长半轴为的值为 2 A。

)短半轴为 R,,让刀量

12镗杆与导向套的精度及配合间隙对“刀” .让的影响

采用导向装置或镗模镗孑时 .镗杆由导套支 L

承，镗杆的刚度较悬臂镗时大大提高。但由于镗杆与导套之间存在着一定的配合间隙，在粗镗孔过程中，当切削力大于自重 G时，具无论处在任刀图 4简化镗杆受力的弹性挠变

何切削位置，切削力都可以推动镗杆紧靠在与切削位置相反的导套内表面，这样，随着镗杆的旋转，镗杆表面以一固定部位沿导套的整个内圆表面滑动。因此。镗杆与导向套的精度及配合间隙出 现让刀，刀量为镗杆与导向套的最大配合间隙，让即 A X￣。= m (为导套孔的直径公差；为如 为导向套和镗

杆所需最镗杆圆柱的直径公差；

113自重和切削力合力产生简谐运动 ..

实际上，镗杆是在切削力 F和自重 G合成共同作用下，产生了简谐运动，其力学模型如图 5所示。刀头相当于振子，镗杆相当于弹簧。这时振子在平衡位置附近所做的往复运动叫做振动 .有了 振动产生了让刀现象，而让刀产生的原因是镗刀内部回复力要返回平衡位置。在镗杆受切削力和

小间隙，由设计时确定 )那么就容易引起镗刀的，让刀现象，从而引起被加工孔的圆度超差。 精镗时，切削力很小，常小于 G,削力通切不能抬起镗杆。随着镗杆的正方向旋转，镗杆轴颈以在部位 1时，和 G方向作用一致，么导点 那

自重的共同作用下。生了弹性形变。发而在镗杆发生弹性形变时，镗杆的刀头振子的回复力 F与刀

头(子)振偏离平衡位置的位移大小成正比。且方向总是相反，即一 X,中 K为镗杆的刚度系 K其数，为轴心位移量，号表示回复力的方向与刀 负头振子平衡位置的位移方向相反。镗刀与位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的力作用下的振动

向套和镗杆之间接触切点正好在中心线正下方： 镗杆轴颈以在部位 2点时，和 G两力的作用力

杆

合力在垂直中心线的右边，那么导向套和镗杆之间接触切点在垂直中心线右下方；镗杆轴颈以在部位 3点时，和 G方向作用一致， G E,向 且>导 套和镗杆之间接触切点又在中心线正下方：镗杆

一攀点

l件 l

,

。,

轴颈以在部位 4点时，和 G两力的作用力合力 在垂直中心线的左边，那么导向套和镗杆之间接触切点在垂直中心线左下方，切点沿导套内孔的的回复力

/ f舨 _ _t=、f _镗杆，

下方作单摆运动，镗杆轴颈各点情况如图 6所示。

图 5镗刀在做简谐运动的让刀量

切

图 5中，刀儆简谐运动的变化规律 .镗刀头振子瞬时处于 1位置时，移是=+,时受点位 R)此到回复力是= K( )而且向左增大；处于一 A+,当图 6镗刀在导套中的单摆运动产生让刀量

由图 6

可以看出 .刀尖运动轨迹为一个圆心

1点位置时， 位移是=

)O,= s,到 C Y R i受

低于导套中心的非正圆 .直接造成了镗刀的让刀现象，整个圆周方向的吃刀量都不一致，那么被加工孔的尺寸误差就大了。当加工余量与材质不均或切削用量选取不一样时 .使切削力发生变化 .引起镗杆在导套内孔下方的摆幅也不断变化 .那么

回复力= K ( ) o,y - - A+ c F= KRs￣,向左减 ib n

小，其中为振幅，为主轴转角，为短半轴， R ( )长半轴，+为同理当处于 3和 4的位置时，位移和回复力是相同，只是方向相反。从而可以确定

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镗刀的让刀量也是不断变化，这样将引起孔圆柱度误差，配合间隙越大，在切削力作用下，镗杆的单摆运动范围越大，镗刀的让刀量变化越大，引起的加工误差也就越大。

为圆度误差 .其值等于椭圆长半轴直径减去椭圆短轴处直径：为 A所在位置与椭圆长轴的夹 R角。

13导轨进给方向与主轴轴线不平行的影响 .工作台与床身导轨的配合是存在间隙，当工作台做正、向进给时，反通常是以不同部位与导轨接触的，由于工作台进给十分沉重，运动速度很低，当主动件作匀速运动时，动件 (被镗床导轨上

工作台 )往往会出现明显的速度不均匀。有时是时停时走，时是时快时慢。有这种在低速运动不平稳的现象称为爬行，这种爬行会使工作台随着进给方向的改变而发生偏摆运动，隙越大，作台越间工图 8孔呈椭圆时的让刀量

重，动速度很低，运其偏摆量越大，时造成镗刀此也是偏摆，于是出现了比较大的让刀现象，图 7如所示。

2镗孔时防止让刀的措施根据以上分析可知，在实践中可以相对应采取如下方法解决让刀问题。 21抑制弯曲弹性挠变和简谐运动 .

让刀量,

△ ( - o￣)= 1cs,

( 1 1)

211提高镗杆的刚度 ..

第一。尽量增加刀杆的截面积和减少悬伸长度。

因很小。以有所,

cs

o

1一，一

一

般内孔刀的前刀面刀尖在刀杆的最上方，

其刀杆的截面积小于孔截面积的 1,如图 9所/ 4代入式 ( 1得 1)9

示。如果让内孔车刀的刀尖位于刀杆的中心线上， d, c (2 1)刀杆的截面积就可达到最大程度，如图 l示。 0所 为了增加刀杆刚性，刀杆伸出长度只要略大于孔深即可。

△斗

式中：为刀尖回转直径；为镗杆偏斜主轴轴线 的转角。由图 7可以看出，在垂直于镗杆旋转轴线的截面 A A内，—被加工孔是正圆；在垂直于进给方

向的截面B B内，—被加工孔是椭圆。如，当机床导轨与主轴轴线在 10m 0 m长上倾斜 00度， .l对直径为 lO m的被加工孔， Om所产生的让刀量为 0 0 5 m。 .2m 0

的前刀面在刀杆最上方

杆的最上方

头的前刀面在刀杆中心位置

图 1刀尖位于刀杆的中心线 0

陈辉华：孔时发生让刀现象分析及解决方法镗

第二。采用导向装置，镗杆的挠曲变形得以使约束。 最好的导向装置可以是回转式镗套支承，在镗孔过程是随镗杆一起转动，镗杆与镗套之间无相对转动。只有相对轻微移动，图 l所示。如 l第三，杆直径较大时 ( 8 m以上 )应加镗‘ 0m p,

G 0[#+] 0 Z- 4 I; G 1 - 4[9 03; 0 Z# F# . 】WH L[ L#]O1 IE# T 2D; 4艄=4:#+l

G03— Z_ F 9: I#5#4# END1; G03— I#5:

工成空心，以减轻质量。支架轴承端盖滚动轴承

G 1[5 2; 0X#-]GO Z3 O 0; M99。

镗套

密封圈调整垫圈

图 1回转式镗套导向装置 1

212螺旋式加工的方式 ..

在镗铣床上 .以铣削代替镗削加工。可刀具侧刃的背吃刀量总是从零开始，逐渐线性地增大至规定的值。而且每一次循环的侧刃最大背吃刀量

仅为指定的层降 .因此可以最大限度地减少刀具的让刀现象，效保证孔尺寸的一致性。有图 1利用螺旋下刀时刀具中心运动轨迹 2

轨迹

举例说明，如图 1 2所示，在镗铣床加工 q 0 m深度 2 m的孔。加工

程序运用宏程序 o m, 4 0m

22防止圆周滑动和单摆运动 .

加工，刀具只要用直径为 1 m的平底立铣刀就 6m可以，共分三次完成，第一次加工孔的‘ 8m第 p m, 2二次加工孔的￣ 6m第三次加工孔的￣ 0m p m, 3 p m, 4都能够很好避免让刀。保证加工精度。G 4设在圆柱孔顶面的中心 . G 4 O O 0 5即 5X Y Z .不用刀补。

为了避免让刀现象，除了要保证镗杆与导套

本身配合间隙，同时采用前、后双导向支承，向导支架分别装在工件两侧，当镗长度 L I D(中>.其 5为两支承架中心平面之间的距离， J加工的孔 D为径 )通孑且加工孔径较大，排列在同一轴线上的 L或

的几个孔，并且其位置精度也要求较高时。应注意后引导采用的是内滚动式镗套 .前引导采用外滚动式镗套。这两种滚动轴承所构成的回转式镗套的长度，可按日= .5 (中，为导向支架的长 0 d其 7日度 .镗杆的直径 ) d为的关系和结构情况选取。采当

主程序：00 5 5 5:

G5 0 G 0 X0 Y 3 4 G9 0 0 Z 0;

G 5 P 5 5 A 8 B 0 C 6 1 3 0 6 5 5 2 2 1 0 Q1F 0: G 5 P 5 5 A 6 B 0 C 6 1 4 0 6 5 5 3 2 1 0 Q1F o: G 5 P 5 5 A 0 B 0 C 6 1 4 o 6 5 5 4 2 1 0 Q1F 0:M0 5: M3 0;

用固定式镗套时，可按日= 1— ) (. 2 d来选取，使 5应

前、导向的配合间隙一致，图 1后如 3所示。此外，在工艺上应注意合理选择定位基准和切削用量。 精加工时，应适当增加走刀次数，以保持切削力的稳定和减少切削力的影响。2 3防止爬行和偏摆运动 .

宏程序：O5 5 5 5;

#=掸 - 3 2 5【1# 1;/G0 X# 0 5;

可以从导轨导向精度人手。231改善润滑条件 . .

2 1年第5 7 02期 8

宁波职业技术学院学报 E ma:bp b 6 . I . i n tx@1 3 o I l cY

在机床进给机构的滑移面 (如工作台和导轨 )间施加适当的润滑油，使得在滑移间形成一层油膜，这

样就会减少爬行现象的出现。232改进机床设计 ..

从镗杆受力产生的弯曲弹性挠变和简谐运动：镗杆与导向套的精度及配合间隙产生圆周滑动和单摆运动；镗床导轨进给方向与主轴轴线不平行产生爬行和偏摆运动三个方面进行原因分析。同时，出了从提高镗杆的刚度和螺旋下刀提加工方式；用回转式镗套前后双导向支承：采改善润滑条件和改进机床设计三种方式有效地控制了让刀误差，有较强的实践性，以获得较高具可的加工精度

选用适当的导轨材料或以滚动导轨、静压导

轨来替代滑动导轨，以及减少传动件、高传动件提的刚度等，以避免爬行现象。

—

—

—

—

—

c— r卜叶

一——镗杆承

参考文献：[刘鸿文 .材料力学【】北京：等教育出版社，9 1 1】 M.高 19 .

支承 L 2{ L￣ f

【戴曙.金属切削机床[ .京： 2】 M】北机械工业出版社，9 6 19 .【]康民.机械加工技术[】安：安电子科技大学 3魏 M .西西出版社 . 0 2 20.

图1 3前、双导向支承后

【]建国，潭成，颜伟， .中凸变椭圆活塞横截面 4张颉徐等车削加工过程分析[.机床与液压，0 2 8:4 4 . J】 2 1 ( )4— 5 【]红 .中凸变椭圆活塞车削控制技术的研究[】阳 5崔 D.沈工业大学，0 5 1— l 2 0:8 2

3结束语 本文主要针对镗削内孔时发生“刀”象：让现

Ana y i nd s l i n e ho o l s s a o uto m t d f r

t he phe o e n o e n m no f l t knie d i r ng ho e f ur ng bo i lCH EN u . u H i a h

( a mig Va ain lT c oo y C l g,S n n 6 0 0,C ia S n n c t a e h lg ol e a mig 3 5 0 o e hn )

Ab t a t Th s a e r s o x l r h e f ci e sr c: i p p r t e t e p o e t e fe t me h d t e i n t l t k ie y a a y i g h r a o s f r i v t o o lmi a e e n f b n l zn

t e e s n o

t e p e o n n f lt k i d rn o n h l .Th su y h ws h e e r h e e s n o h p e o n n h h n me o o e n f e u g b r g oe i i e t d s o t r a e t r e r a o s f r t e h n me o o e n f u n o n o e f l t k ie d r g b r g h l . i i F r t r a o i t e e d n ea t d fe to n smp e h r n c is e s n s h b n i g l si e lc i n a d i l a mo i mo i n p o u e y o c f T n r d; c t r d c d b f r e o a g o o

■ So s en r nsh cde it op n uu e d l m r d c d po u e p n uu, a e t e d lm sa rs ma n i. Ac o d n o t o rig t h

k ie u n b rn n f d r g o g i i k i ig; s c n me n vn eo dl b c to o d to u r ai n c n i n i i Ke y wo d: T n rs agr

8 21年第5 8 02期

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