孔加工技術(shù)的最新發(fā)展動向

    在零部件加工方面，孔加工所占的比例依然很高，有關(guān)高效率、高精度孔加工的技術(shù)發(fā)展動向也備受大家關(guān)注。近期，由于孔加工技術(shù)和產(chǎn)品的快速發(fā)展，使涂層硬質(zhì)合金鉆頭、鉸刀等孔加工刀具的使用量大幅度增加。

    涂層硬質(zhì)合金鉆頭的切削刃形狀已得到優(yōu)化，旨在提高其加工性能。例如，在鉆頭的頂角、橫刃的修磨、采用直柄（與立銑刀桿同一直徑）等方面都進(jìn)行了完善的考慮。

    采用鉸刀進(jìn)行孔的精加工、采用螺紋立銑刀進(jìn)行螺紋孔的加工等方面，同樣朝著提高加工速度和精度的方向發(fā)展，使刀具產(chǎn)品和加工方式呈現(xiàn)出多樣化。

    本文將介紹孔加工技術(shù)的最新發(fā)展動向。

    高速、高精度鉆削加工

    過去，鉆孔加工主要采用高速鋼鉆頭，鉆削加工技術(shù)也一直沒有太大變化。

    但是，隨著涂層硬質(zhì)合金鉆頭的使用不斷增加，出現(xiàn)了鉆削加工高速化、高精度化的趨勢，而且考慮到環(huán)保要求，引入了干式切削、半干式切削等技術(shù)�？准庸さ男掳l(fā)展主要表現(xiàn)為：①涂層硬質(zhì)合金鉆頭能以超過60m/min的切削速度進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)了平均只需幾秒鐘即可加工一個孔的高速鉆孔；②開發(fā)了用于鉆削高硬度鋼的鉆頭，使鉆削加工60HRC左右的高硬度鋼成為現(xiàn)實(shí)；③干式、半干式鉆削加工孔深達(dá)鉆頭直徑約20倍的深孔已有加工應(yīng)用；④鉆頭外側(cè)切削刃的R形設(shè)計可有效防止在孔的出、入口部位產(chǎn)生毛刺，并可改善孔內(nèi)壁表面粗糙度。

    鉆頭切削刃形狀增加了平面形狀的第3個后刀面，使橫刃部分很薄，減少了鉆削時的軸向力。

    盡管減小切削刃部分所受切削力的目標(biāo)一致，但不同生產(chǎn)廠商的鉆頭切削刃形狀各具特色，呈現(xiàn)出多樣化的趨勢。

    另一方面，對于像模具零部件這種鉆孔加工較少的情況，追求的是合理地進(jìn)行孔加工，除采用鉆頭等孔加工專用刀具外，還采用了立銑刀，按照螺旋線或環(huán)形走刀方式進(jìn)行銑孔加工，從而減少了加工不同規(guī)格孔時所需的刀具數(shù)量。

關(guān)注度不斷提高的微小孔切削加工技術(shù)

    在電子（包括數(shù)字家電、數(shù)碼相機(jī)等相關(guān)領(lǐng)域）、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，對于許多有望在世界范圍得到發(fā)展的產(chǎn)品，要求在其微型結(jié)構(gòu)上進(jìn)行微小孔加工時既要達(dá)到高精度，又要實(shí)現(xiàn)高效率。最近出現(xiàn)了能夠?qū)ξ⑿】走M(jìn)行高速、高精加工的小型高速加工中心，使鉆頭微型化趨勢不斷強(qiáng)化。

    另一方面，微小孔加工技術(shù)已涉及到切削、放電、激光、電子束以及沖壓等領(lǐng)域，因此需要選擇最適當(dāng)?shù)募庸し椒āＴ谶@些加工方法中，能夠很好地適應(yīng)產(chǎn)品數(shù)量、孔加工模式、加工精度等變化的加工方法仍然是切削加工，現(xiàn)在其使用范圍也最為廣泛。

    進(jìn)行微小孔鉆削時，能夠達(dá)到的最小孔徑是由所能制造的鉆頭直徑?jīng)Q定的。據(jù)數(shù)家公司介紹，現(xiàn)在微型鉆頭的直徑可達(dá)到10～20µm。

    鉆削微小徑孔時，切削參數(shù)的設(shè)定因鉆頭材質(zhì)而有所不同。硬質(zhì)合金及涂層硬質(zhì)合金鉆頭因基體材質(zhì)的彈性模量（楊氏模量）較高，高速旋轉(zhuǎn)時因離心力引起的鉆頭刀刃前端振動很小，因此可采用該刀具材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)切削速度的高轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行鉆削。而燒結(jié)金剛石鉆頭則可按最高切削條件進(jìn)行鉆削，由于它具有優(yōu)良的抗粘結(jié)性，因此可實(shí)現(xiàn)高精度、長壽命加工。

    在一件產(chǎn)品上鉆削數(shù)百個乃至數(shù)千個微小孔的情況也很多，此時需要考慮發(fā)生孔徑擴(kuò)大、彎曲和孔距精度要求等因素。采用圖4所示的導(dǎo)向孔或中心孔，可防止鉆頭前端發(fā)生振動。進(jìn)行適量反向進(jìn)給，能夠確保排出切屑，有效防止鉆削故障。

    另一方面，適用于微小孔加工用的加工中心具有高速回轉(zhuǎn)時振動小、能實(shí)現(xiàn)高精度平穩(wěn)定位的特點(diǎn)，并具有良好的動態(tài)特性。

    近年來，必須使用微鉆加工的工件材料從高硬度鋼、不銹鋼、銅合金、鈦合金到陶瓷，涉及范圍十分廣泛，設(shè)定的最佳切削條件也隨之變化。

    鉆頭切削時需要使用冷卻液。例如，鉆削不銹鋼時需要向切削刃供給潤滑性能高的切削液；而像陶瓷一類的材料會產(chǎn)生粉末狀切屑，只有使用水溶性切削液才能有效排出碎屑。所以，應(yīng)針對不同的被加工材質(zhì)選用相應(yīng)的切削液。

    為使微小直徑鉆頭以最佳切削速度進(jìn)行鉆削，加工中心主軸應(yīng)具備高速旋轉(zhuǎn)功能，高速加工中心的最高主軸轉(zhuǎn)數(shù)約為每分鐘3～5萬轉(zhuǎn)。

    控制微鉆的刀刃形狀和柄部振擺對于提高孔加工精度、延長刀具使用壽命行之有效，因此高精度的鉆頭刃磨必不可少，即必須具備能實(shí)現(xiàn)1µm進(jìn)給量的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、高振擺精度的砂輪主軸的高精度工具磨床，以及高水平的刀具磨削技術(shù)和高精度檢測系統(tǒng)。

用于高速、高精度鉆削的鉆夾工具系統(tǒng)

    與稱為鉆夾頭的三爪式夾頭相比，使用更廣泛的鉆夾工具系統(tǒng)是具有高剛性、高振擺精度的彈簧夾頭系統(tǒng)。

    插入式彈簧夾頭系統(tǒng)具有可夾持鉆頭直徑范圍廣、夾持剛性好、夾持精度高等優(yōu)良性能。近年來，為了提高夾持速度和精度，熱裝式夾持系統(tǒng)日益受到關(guān)注，它非常適合用于夾持轉(zhuǎn)速達(dá)數(shù)萬轉(zhuǎn)的微小直徑鉆頭。

孔的高速、高精度精加工及螺孔切削

    使用最多的孔的精加工刀具仍然是鉸刀、鏜刀等，但也可以使用立銑刀按螺旋線或環(huán)形走刀方式進(jìn)行精密銑孔加工。可采用涂層硬質(zhì)合金、CBN等材質(zhì)制造具有可調(diào)切削刃尺寸功能的鏜孔刀具，以提高切削速度及刀具壽命。

    對于螺孔加工，由于采用了螺紋立銑刀和螺旋插補(bǔ)加工技術(shù)，使高速、高精度螺紋切削得以實(shí)現(xiàn)。用于M3左右小直徑螺紋加工用立銑刀已經(jīng)面市，對更小直徑螺孔加工技術(shù)的研究也正在進(jìn)行。

用于高速鉆孔的加工中心

    高速、高精度孔加工在要求鉆頭實(shí)現(xiàn)高速切削的同時，也要求縮短鉆頭移動的時間，這對于數(shù)百個以上的多孔加工是不可回避的問題。

    以上簡要介紹了近年來孔加工技術(shù)的發(fā)展，雖然仍然采用傳統(tǒng)的切削加工方法，但在刀具、裝夾系統(tǒng)、機(jī)床、使用技術(shù)等加工體系的各個環(huán)節(jié)都已取得了切實(shí)進(jìn)展。

    為了改革制造業(yè)，在促進(jìn)高附加值生產(chǎn)中，孔加工是不可或缺的加工技術(shù)，對于產(chǎn)品的質(zhì)量、成本等都具有很大影響。近年來，伴隨著產(chǎn)品的小型化和高性能化，對微細(xì)形狀、微小直徑加工技術(shù)的需求也有所增加。另一方面，可采用微徑鉆頭加工微孔的小型數(shù)控加工中心的出現(xiàn)、涂層硬質(zhì)合金等高性能刀具材料的應(yīng)用以及高剛性高速鉆頭的出現(xiàn)，標(biāo)志著我們已經(jīng)迎來了真正意義上的微小孔加工時代。

    然而，在技術(shù)飛速發(fā)展的今天，進(jìn)一步開發(fā)和完善提高涵蓋加工中心、刀具、裝夾系統(tǒng)、加工條件等的數(shù)據(jù)庫、生成NC程序的CAM系統(tǒng)、工具管理等為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的孔加工而構(gòu)筑的整個加工體系，是生產(chǎn)技術(shù)人員面臨的重要課題