孔加工（鉆、鏜、鉸孔）復(fù)合刀具

前言

對(duì)零件的內(nèi)孔進(jìn)行加工的工作，在機(jī)械廠、金工車間（特別是鉗工和車工工種）是家常便飯，也是不可或缺的事情，而不同零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工要求性質(zhì)以及現(xiàn)有設(shè)備的限制，那么所采取的工藝方法，所選擇的工種工人及其技能水平和刀具特點(diǎn)效能的發(fā)揮作用，都直接影響到零件的加工質(zhì)量（加工精度）和生產(chǎn)的成本（生產(chǎn)效益）。

鉗工工種進(jìn)行孔加工的過程簡單，可達(dá)較高的加工精度，但是要使加工出來的孔其形位精度和表面粗糙度均較高時(shí)，體現(xiàn)出鉗工加工孔的難度和成效性就很明顯，若有精良的設(shè)備、刀具和技藝精湛的操作工人那是不費(fèi)吹灰之力，輕而易舉就能滿足加工要求（確保高精度孔加工的要求），但是在通常的加工環(huán)境（條件），是不可能十全十美、應(yīng)有盡有（包括設(shè)備、刀具和技藝精湛的操作工人），如標(biāo)準(zhǔn)刀具尺寸不符，設(shè)備技術(shù)參數(shù)規(guī)格不符合等，給加工帶來的困難，用常用的方法就難于完成零件內(nèi)孔的加工（勉為其難），但是就有限的資源（條件），也要完成產(chǎn)品的加工且要確保其加工質(zhì)量，那么只有針對(duì)現(xiàn)狀，考慮經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)不符的因素來滿足加工的條件（要求），才能使困難迎刃而解。

我加工了一批箱體（WS120型蝸桿減速器）的內(nèi)孔， 該孔的精度要求較高，， Ra =1.6μm，由于此孔的孔徑和精度要求校高，通常用的加工手段有兩種方法：方法一，先用鉆頭鉆出孔（粗加工）后，留出精加工余量，再由技術(shù)水平較高的工人師傅直接鏜出內(nèi)孔達(dá)到精度要求；方法二，先對(duì)工件鉆孔→擴(kuò)孔→粗鉸（留0.1～0.2mm的鉸削余量）→精鉸，來保證孔的質(zhì)量。兩種方法的優(yōu)劣勢(shì)各有不同，方法一中，其操作過程簡單，加工出的孔，其直線度較好，刀具消耗低，但是對(duì)鏜孔工序的工人技能要求較高（在普通機(jī)床上加工并非數(shù)控機(jī)床設(shè)備上加工時(shí)），而且較容易產(chǎn)生廢品，工作效率也低；而方法二加工出來的孔徑取決于鉸刀的精度、尺寸相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)操作工人的技能水平要求也相對(duì)不很高，但是加工出來的孔其表面粗糙度低，孔的直線度較差，鉸刀的消耗也很大，效率非常低，只適宜單件生產(chǎn)，不適合批量生產(chǎn)，若能綜合兩種加工方法的優(yōu)點(diǎn)，既保證零件的加工精度，工人技能要求也不需很高，且又能降低生產(chǎn)成本,提高效率的加工方法（措施）。那么就這批產(chǎn)品的生產(chǎn)特點(diǎn)（批量）和當(dāng)時(shí)工廠的生產(chǎn)條件（設(shè)備非常欠缺，只有一臺(tái)Z525型鉆床）及采取常規(guī)的加工方法，進(jìn)行生產(chǎn)的難度較大且效率較低的問題就可得到很好的改善。因此，通過查找資料、借鑒工藝、設(shè)計(jì)出一款將鉆孔、鏜孔、鉸孔容為一體的專用復(fù)合刀具。如圖1所示：

圖1 復(fù)合刀具實(shí)體結(jié)構(gòu)示意圖

⒈刀具設(shè)計(jì)的構(gòu)思

⑴就應(yīng)工廠現(xiàn)有的加工條件，完成產(chǎn)品加工，保證質(zhì)量和提高效率及降低成本

⑵為減少裝拆刀具的時(shí)間，從鉆孔、擴(kuò)孔（或鏜孔），到最后的鉸孔，一次性安裝刀具完成三道工序（孔的粗加工、半精加工和精加工），即將鉆頭和擴(kuò)孔鉆（或鏜刀）及鉸刀三種刀具共用一刀體結(jié)構(gòu)。

⑶為減少刀具刃磨的輔助時(shí)間和提高刀具的耐用度，減少刀具消耗，降低生產(chǎn)成本，分別對(duì)鉆孔、鏜孔和鉸孔用刀具的切削部分針對(duì)各自加工特點(diǎn)（切削條件）而采用不同材質(zhì)型號(hào)特點(diǎn)的硬質(zhì)合金刀片。

⒉刀體結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)

根據(jù)鉆頭加工內(nèi)孔鉆削效率高的特點(diǎn)，刀頭部分用一塊材料為YG8 E225型合金刀片鑲嵌（銅焊）在刀桿一端而成為鉆頭部分，完成粗加工（鉆孔）工序，但是加工出的孔其表面粗糙度和孔經(jīng)直線度都較差，尺寸精度不高等缺陷，將具有修正孔徑直線度，穩(wěn)定孔徑尺寸的鏜刀部分，放在合金鉆頭后，將鉆削出的孔進(jìn)行鏜削加工（由于鏜削余量較大，分單刀三級(jí)鏜削），利用鏜孔的優(yōu)點(diǎn)來保證加工出的孔徑直線度和穩(wěn)定孔徑尺寸，完成半精加工工序（包括粗鏜、半精鏜），為鉸孔工序做好準(zhǔn)備工作（提高表面粗糙度和使鉸削余量均勻合理），鉸孔的鉸刀部分放在復(fù)合刀具體切削部分的最后來完成最后的精加工，保證孔的精度（孔的形位精度和表面粗糙度）、刀具體夾持部分制成莫氏3號(hào)錐柄。為了容易排屑和刀具不同時(shí)參與切削（減輕切削力），每一刀具的切削部分的起始點(diǎn)在軸向間隔大于或等于25 毫米（大于孔深），其中鉆與第一級(jí)鏜之間大于25 毫米（因鉆孔的鐵屑多），同時(shí)也增大了容屑空間，使排屑順暢，避免前后刀面切下的切屑互相干擾和阻塞，致使刀具崩刃及影響孔的質(zhì)量。

⒊鉆、鏜、鉸孔切削部分合金刀片材料的選擇

根據(jù)加工材料（灰口鑄鐵）的性質(zhì)，生產(chǎn)特點(diǎn)（批量），切削特點(diǎn)來選擇合適的刀具材料（鉆、鏜、鉸削的機(jī)床轉(zhuǎn)速，進(jìn)給量相同時(shí)）。

⑴ 鉆削（刀頭）刀具部分，由于是粗加工，切削深度較大，刀具承受的切削力較大，切削速度不很高（照顧鉸孔部分的特點(diǎn)），同時(shí)材料的組織不均勻（有砂眼、氣穴的可能），再加上合金刀片的刃口在切削加工鑄鐵行程中欠鋒利，擠刮現(xiàn)象較嚴(yán)重，所以選用強(qiáng)度較高，抗沖擊性和抗振性能及耐磨性均較好的鎢鈷類硬質(zhì)合金（材料牌號(hào)為YG8 E225型焊接合金）

⑵ 鏜孔刀具部分，由于孔徑比鉆孔尺寸略大，根據(jù)V=（πDn）/1000，刀刃處切削速度會(huì)高于鉆孔刀具部分，切削深度比鉆孔的切削深度較小，切削過程相對(duì)穩(wěn)定些，為了提高刀具的耐用度，選用硬度，耐磨性及耐熱性均較好，且不用重磨切削角度可轉(zhuǎn)位的鎢鈷類硬質(zhì)合金機(jī)夾刀片（材料牌號(hào)為YG6，型號(hào)為31005V）。

⑶ 鉸孔刀具部分，由于是穩(wěn)定尺寸部分刀刃處的切削速度相對(duì)鉆削和鏜削時(shí)均更高，切削深度（鉸孔余量）較小，所以要求耐磨性和耐熱性也要相對(duì)鉆削和鏜削時(shí)更高，才能提高刀具的耐用度，從而保證尺寸精度，因而選擇鎢鈷類硬質(zhì)合金（材料牌號(hào)為YG3）。

⒋刀具切削部參數(shù)設(shè)定

刀具切削部分的切削角度和刃寬參數(shù)對(duì)刀具的使用壽命（耐用度）和加工的難易程度及加工的精度均起著至關(guān)重要的作用，也直接影響到加工成本、加工效率，所以刀具每部分的切削參數(shù)應(yīng)合理選擇。

圖2 合金鉆頭部分示意圖

鉆削部分（如圖2所示 ），刀片厚度為4.5mm，保證鉆頭的鉆心強(qiáng)度，鋒角取116°比標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆鋒角小，目的是減小主偏角，從而減少軸向抗力和振動(dòng)，內(nèi)刃斜角約15°，內(nèi)刃前角取-15°，橫刃長度留2.5毫米來提高鉆孔的穩(wěn)定性，同時(shí)提高刀具的耐磨性，前角取γ取6°，后角α取18°，目的是為了容納切屑的空間較大，以防碎沫狀切屑堵塞壓迫，造成崩刃），同樣也是為了增大容納切屑的空間，減少鉆頭與孔壁的磨擦，而同時(shí)又要保證副切削刃的強(qiáng)度，所以取副后角為8°和副切削刃帶寬為0.25～0.3mm。

鏜削刀具部分，采用型號(hào)為31005V的YG6不重磨刀片，角度參數(shù)（如圖3所示 ）。

圖3 鏜孔用刀片示意圖

鉸削刀具部分，引導(dǎo)前錐取45°軸向長3毫米，便于切入已有孔，另為提高鉸削的穩(wěn)定性，切削錐角（2倍的主偏角）取3°～5°，軸向長3毫米，為提高刀具的耐用度和表面粗糙度及尺寸精度，引導(dǎo)部分與切削部分采用R1過渡，切削部分與校準(zhǔn)部分采用R0.5過渡；因鉸削余量很小，切屑很薄，切屑與前刀面接觸很短，前角作用不大，為制造方便，前角取0°；引導(dǎo)部分和切削部分及校準(zhǔn)部分的后角均取8°，引導(dǎo)部分和切削部分不留刃帶，校準(zhǔn)（修光）部分留0.3mm的刃帶寬，以保證修光刃的強(qiáng)度又減少刃帶與孔壁的磨擦，達(dá)到良好的導(dǎo)向和修光作，同時(shí)也便于鉸刀制造和檢驗(yàn)，刃傾角取-8°（相當(dāng)于左向螺旋鉸刀），為使鉸刀工作平穩(wěn)，提高加工表面質(zhì)量，切削時(shí)切屑順利從鉸刀前方排出（向下），可避免切屑劃傷孔壁，并或減少孔的擴(kuò)張量。

⒌刀具的制造

此復(fù)合刀具的精度直接影響到加工孔的質(zhì)量（形位精度和表面粗糙度），要充分發(fā)揮此復(fù)合刀具的效能，就必須要保證刀具本身的精度。因而必須對(duì)刀具本身擬定切實(shí)可行的加工工藝及刀體材料的選擇（要有良好的加工工藝性和綜合的機(jī)械性能，所以刀體選用45鋼（棒料），根據(jù)刀體要獲得良好的綜合機(jī)械性能（足夠的強(qiáng)度和高韌性相配合），確保刀體尺寸穩(wěn)定，大體上加工工藝為：粗車刀體→刀體進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理→修磨兩端中心孔→精車刀體→銑刀柄→磨刀體錐柄（為了使刀柄與機(jī)床主軸配合更好、更精確），最好配磨錐柄，采用涂抹紅丹的檢驗(yàn)方法保證錐柄與錐孔的接觸面積不小于80%以上的面積→銑鑲嵌硬質(zhì)合金刀片的槽位→手工鉚定合金刀片→銅焊鉸刀部分的硬質(zhì)合金刀片→修磨硬質(zhì)合金刀具的切削角（在工具磨床上根據(jù)各圖所示切削角度刃磨）→研磨刀具→銅焊鉆頭部分硬質(zhì)合金刀片→修磨鉆頭部分硬質(zhì)合金刀片的切削角度。

⒍切削用量的選擇及完成每一孔的純切削加工時(shí)間

⑴ 鉆、鏜、鉸所用機(jī)床主軸不停（轉(zhuǎn)速相同）的情況下，選擇切削用量。

① 切削深度（ap ）由刀具制造后即定ap鉆 =12.5, ap鏜1 =3 , ap鏜2 =3 , ap鏜3 =1.4 , ap鉸 =0.1。

② 進(jìn)給量（f），考慮機(jī)床動(dòng)力，進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度，刀具強(qiáng)度，f按鉆孔時(shí)選擇f=0.10mm/r。

③ 切削速度（v）考慮刀具的壽命（耐用度），加工孔的質(zhì)量，v按鉸孔時(shí)選擇8～10m/mm（n=64～79r/min）,選Z525型鉆床最低轉(zhuǎn)速97r/min。

④ 完成每一孔所需的純切削加工時(shí)間（t）

t=153mm÷97r/min×0.1mm/r=16（min）

其中153mm為刀具加工完孔所需的行程

⑵ 鉆、鏜、鉸三部分獨(dú)立按各自加工特點(diǎn)，刀具特點(diǎn)來選擇切削用量（完成鉆或鏜后均停機(jī)待變速后再進(jìn)行下一工序）。

① 切削深度（ap）由刀具制造決定是不變ap鉆 =12.5，ap鏜1 =3，ap鏜2 =3，ap鏜3 =1.4，ap鉸 =0.1。

② 進(jìn)給量（f）的選擇

f鉆 =0.10mm/r，f鏜 =0.20mm/r，f鉸 =0.40mm/r。

③ 切削速度（v）的選擇：

④ 完成每一孔所需的純切削加工時(shí)間（t）

t鉆 =28mm÷(272r/min×0.1mm/r)=1(min)

t鏜 =(28mm×3＋25mm)÷(140r/min×0.2mm/r)=4(min)

t鉸 =28mm÷（97r/min×0.4mm/r）=1（min）

t= t鉆 ＋t鏜 ＋t鉸 =6（min）

其中28mm分別為刀具鉆孔和鉸孔所需的行程

(28mm×3＋25mm)為刀具鏜孔所需的行程

⒎鉆、鏜、鉸復(fù)合刀具的優(yōu)點(diǎn)

⑴ 能在最大鉆孔直徑為φ25鉆床（Z525型）上加工出φ40的孔。

⑵ 批量生產(chǎn)成本較低，刀具損耗較小，鏜孔處刀具鈍后可轉(zhuǎn)位無需刃磨，可集中工序，減少工位和機(jī)床數(shù)量及刀具數(shù)量，對(duì)工人技術(shù)要求較低。

⑶ 生產(chǎn)率高。減少了換刀和對(duì)刀及磨刀等輔助加工時(shí)間，批量生產(chǎn)中能大大提高生產(chǎn)效率（若鉆頭部分有機(jī)夾可轉(zhuǎn)位合金刀片效果更佳）。

⑷ 加工精度高，多次加工的基準(zhǔn)不變（同軸心線），能保證每次加工的表面之間較高的位置精度，同時(shí)能保證較高的孔徑尺寸精度，孔壁的直線度和孔壁的表面粗糙度。

(5) 適用范圍廣，可在結(jié)構(gòu)和刀片材料上進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)可調(diào)徑鏜孔和在不同機(jī)床上加工不同材料的種類孔（臺(tái)階孔、锪孔等）。