加工中心鏜孔的刀具技術(shù)的應(yīng)用

 

   刀具是機(jī)械制造中用于切削加工的工具，又稱切削工具。孔加工刀具，包括鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鏜刀、鉸刀和內(nèi)表面拉刀等。和其它機(jī)械加工相比，鏜孔加工是屬一種較難的加工。它只靠調(diào)節(jié)一枚刀片(或刀片座)要加工出像H7、H6這樣的微米級的孔。隨著加工中心的普及，現(xiàn)在的鏜孔加工只需要進(jìn)行編程、按扭操作等。正因為這樣，就需要有更簡單、更方便、更精密的刀具來保證產(chǎn)品的質(zhì)量。這里主要從刀具技術(shù)的角度來分析加工中心的鏜孔加工。

一、加工中心上鏜孔加工的特點

1.刀具轉(zhuǎn)動

和車床加工不同，加工中心加工時由于刀具轉(zhuǎn)動，便不可能在加工中及時掌握刀尖的情況來調(diào)節(jié)進(jìn)刀量等。也不可能像數(shù)控車床那樣可以只調(diào)節(jié)數(shù)控按扭就可以改變加工直徑。這便成了完全自動化加工的一個很大的障礙。也正因為這樣所以就要求鏜刀必須具有微調(diào)機(jī)構(gòu)或自動補償機(jī)能，特別是在精鏜時根據(jù)公差要求有時必須在微米級調(diào)節(jié)。

另外，加工中心鏜孔時由于切屑的流出方向在不斷地改變，所以刀尖、工件的冷卻以及切屑的排出都要比車床加工時難的多。

2.刀具的顛振

鏜孔加工時最常出現(xiàn)的、也是最令人頭疼問題是顛振。在加工中心上發(fā)生顛振的原因主要有以下幾點

1)工具系統(tǒng)的剛性：包括刀柄、鏜桿、以及中間連接部分的剛性。因為是懸臂加工所以特別是小孔、深孔及硬質(zhì)工件的加工時，工具系統(tǒng)的剛性尤為重要。

2)刀具系統(tǒng)的動平衡：相對于刀具系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動軸心，刀具自身如有一不平衡質(zhì)量，在轉(zhuǎn)動時因不平衡的離心力的作用而導(dǎo)致顛振的發(fā)生。特別是在高速加工時刀具的動平衡性所產(chǎn)生影響很大。

3)工件自身或工件的固定剛性：像一些較小、較薄的部件由于其自身的剛性不足，或由于工件形狀等原因無法使用合理的夾具進(jìn)行充分的固定。

4)刀片的刀尖形狀：刀片的前角、刀尖半徑、斷屑槽形狀的不同所產(chǎn)生的切削抗力也不同。

5)切削條件：包括切削速度、進(jìn)給量、進(jìn)刀量以及給切削油方式及種類等。

6)機(jī)器的主軸系統(tǒng)：機(jī)器主軸自身的剛性、軸承及齒輪的性能以及主軸和刀柄之間的連接剛性。

3.刀具的裝夾

在鏜削孔時，最重要的是在加工中心上正確裝夾刀具。在小孔鏜削中，刀具的中心高是導(dǎo)致刀具失效的重要因素。如果刀具安裝低于中心高，將影響刀具的加工性能。主要表現(xiàn)在：

1)切削刃相對于工件的主后角減小，導(dǎo)致刀具的后刀面與工件接觸，使刀片與工件之間發(fā)生摩擦，當(dāng)?shù)镀�旋轉(zhuǎn)時，這種摩擦進(jìn)一步會使刀尖發(fā)生偏離，導(dǎo)致刀具更深地切入工件。切削刃的幾何參數(shù)對切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大影響。增大前角，可減小前刀面擠壓切削層時的塑性變形，減小切屑流經(jīng)前面的摩擦阻力，從而減小切削力和切削熱。但增大前角，同時會降低切削刃的強(qiáng)度，減小刀頭的散熱體積。

2)當(dāng)?shù)毒吆蠼菧p小時，刀片相對于工件的前角也增大，從而引起刀具刮削工件，引起刀具振動并損壞刀具。這種情況在鏜削小孔時更為嚴(yán)重。

為此建議刀具安裝應(yīng)略高于中心高(但應(yīng)盡可能接近中心高)。這樣可使刀具相對于工件的法向后角增大，切削條件得到改善，如果加工時產(chǎn)生振動，刀尖會向下和向中心偏斜，從而接近理想的中心高。刀具也可輕微地退出，減小削傷工件的可能性。此外，刀具前角也將減小，這樣可穩(wěn)定工作壓力。如果前角減小到0°，就會產(chǎn)生太大的工作壓力，導(dǎo)致刀具失效。所以在鏜孔時，應(yīng)選取正前角的鏜刀，在鏜1mm的小孔時，鏜桿的直徑只有0.75mm左右，使刀具承受的切削力減小。

4.切屑的排出

在鏜削孔時，切屑的有效排出至關(guān)重要。加工時，由于刀具在孔內(nèi)，切削液很難到達(dá)切削刃，造成切屑排出困難，影響刀具壽命。為解決這一難題，一些刀具制造商開發(fā)出一種沿切削刃帶冷卻槽的刀片，使切削液直接流向切削刃，防止切屑堵塞和刀具損壞。

二、刀具的選擇基準(zhǔn)

根據(jù)加工內(nèi)容的不同鏜刀的選擇基準(zhǔn)也不一樣，一般來說，應(yīng)注意系統(tǒng)本身的剛性、動平衡性、柔性、信賴性、操作方便性及壽命和成本。

1.一體式鏜刀

古老的一體式鏜刀主要用在批量產(chǎn)品的生產(chǎn)線或?qū)Ｓ脵C(jī)上，但實際上機(jī)器的規(guī)格有多種多樣：NT、MT、BT、IV 、CV 、DV等等。即使規(guī)格一樣，大小也有不同。 即使規(guī)格、大小都一樣，有可能拉釘形狀、螺紋不一樣，或者法蘭面形狀不一樣。這些都使得一體式鏜刀在對應(yīng)上遇到很大的困難。特別是近些年來，市場結(jié)構(gòu)、市場需要日新月異，產(chǎn)品周期日益縮短，這就要求加工機(jī)械以及加工刀具具有更充分的柔性。所以一體式鏜刀大多數(shù)已從工廠中消失。

2.模塊式鏜刀

模塊式鏜刀即是將鏜刀分為：基礎(chǔ)柄、延長器、減徑器、鏜頭、刀片座、等多個部分，然后根據(jù)具體的加工內(nèi)容（粗鏜、精鏜；孔的直徑、深度、形狀；工件材料等等）進(jìn)行自由組合。這樣不但大大地減少了刀柄的數(shù)量，降低了成本，也可以迅速對應(yīng)各種加工要求，并延長刀具整體的壽命。

現(xiàn)在市場上存在著各種各樣的模塊式鏜刀系統(tǒng)，它們的連接方式各有區(qū)別。諸如：

BIG-KAISER方式：它只要靠一顆錐度為15°的錐形螺絲來連接，固定時也只需要一支六角小扳手，操作非常方便；

側(cè)固式：這種連接方式僅僅是達(dá)到固定的目的。它的旋緊力的絕大部分都向著徑向。不但連接體的端面不能密接，徑向位置也會發(fā)生變化；

旋入式：雖然端面得到連接，但刀尖在圓周上的相位會發(fā)生變化；

后部拉緊式：端面的連接和跳動都較好，但操作性很差

當(dāng)然市場上所具有類型遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止以上幾種，用戶可根據(jù)需要選擇所需類型的鏜刀。

顯而可見，模塊式鏜刀具有一體式鏜刀無法比擬的優(yōu)勢。當(dāng)然，這也需要模塊式鏜刀具有高連接精度和高連接剛性，以及高重復(fù)精度和高度的信賴性。

總而言之，模塊式鏜刀系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢，但并不是說只要是模塊式就好。必須從連接剛性、精度、操作性、價格等多方面來衡量。

三、實例分析

毛坯尺寸：100×80×30（mm）材料為45#鋼，刀具是模塊式鏜刀硬質(zhì)合金材料。

(1)加工工藝：鉆預(yù)置孔—擴(kuò)孔—粗鏜—精鏜

(2)刀具：

1、φ19.8鉆頭
2、φ24.8鉆頭
3、φ20鏜刀
4、φ25鏜刀

(3)程序：

O0001
G54 G90 M03 S600 T1 G0 X0 Y0（鉆φ20的預(yù)置孔）
G43 H01 G0 Z20
G81 X30 Y25 Z-35 R5 F80
G91 G28 Z0
M06 T2（鉆φ25的預(yù)置孔）
G43 H02 G0 Z20
G81 X20 Y20 Z-35 R5 F80
G91 G28 Z0
M06 T3 （粗鏜φ20的孔）
G41 H03 G0 Z20
G85 X30 Y 25 Z-35 R5 F80
G91 G28 Z0
M06 T4（粗鏜φ25的孔）
G43 H04 G0 Z20
G85 X20 Y20 Z-35 R5
G91 G28 Z0
Y0
M30

(4)測量尺寸：根據(jù)測量的結(jié)果按照孔的精度要求通過鏜刀的減徑器來調(diào)節(jié)刀片刀尖的位置,再進(jìn)行精加工，最終能符合公差的精度要求。

從上面的例子中我們可以看出工件的材料、加工孔的直徑、深度決定著用什么式樣和什么材料的鏜刀，不同的鏜刀對應(yīng)著不同的材料要求，最終目的是能鏜出高質(zhì)量高精度的成品件。

由于在高溫、高壓、高速下，和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件，其應(yīng)用的難加工材料越來越多，鏜孔加工的自動化水平和對加工精度的要求越來越高。為了適應(yīng)這種情況，鏜孔刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料，以便能更好地解決刀具材料硬度與強(qiáng)度間的矛盾；進(jìn)一步發(fā)展可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)；提高刀具的制造精度，減小產(chǎn)品質(zhì)量的差別，并使刀具的使用實現(xiàn)最佳化。