加工中心上的鏜孔加工的刀具技術(shù)

加工中心上的鏜孔加工的刀具技術(shù) 

1. 緒言

   所謂鏜孔加工(Boring)就是指將工件上原有的孔進(jìn)行擴(kuò)大或精化。它的特征是修正下孔的偏心、獲得精確的孔的位置，取得高精度的圓度、圓柱度和表面光潔度。所以，鏜孔加工作為一種高精度加工法往往被使用在最后的工序上。例如，各種機(jī)器的軸承孔以及各種發(fā)動(dòng)機(jī)的箱體、箱蓋的加工等。

   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)要加工出象H7、H6這樣的微米級(jí)的孔。隨著加工中心(Machining center)的普及，現(xiàn)在的鏜孔加工只需進(jìn)行編程、按扭操作等。正因?yàn)檫@樣，就需要有更簡(jiǎn)單、更方便、更精密的刀具來(lái)保證產(chǎn)品的質(zhì)量。這里主要從工具技術(shù)的角度來(lái)分析加工中心的鏜孔加工。

2. 加工中心的鏜孔加工的特點(diǎn)

2.1工具轉(zhuǎn)動(dòng)

   和車(chē)床加工不同，加工中心加工時(shí)由于工具轉(zhuǎn)動(dòng)，便不可能在加工中及時(shí)掌握刀尖的情況來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)刀量等。也不可能象數(shù)控車(chē)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(dòng)化加工的一個(gè)很大的障礙。也正因?yàn)榧庸ぶ行牟痪哂凶詣?dòng)加工直徑調(diào)節(jié)機(jī)能(附有U軸機(jī)能的除外)，就要求鏜刀必須具有微調(diào)機(jī)構(gòu)或自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)能，特別是在精鏜時(shí)根據(jù)公差要求有時(shí)必須在微米級(jí)調(diào)節(jié)。

   另外，加工中心鏜孔時(shí)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(chē)床加工時(shí)難的多。特別是用縱型加工中心進(jìn)行鋼的盲孔粗鏜加工時(shí)，至今這個(gè)問(wèn)題還沒(méi)得到完全解決。

2.2顫振(Chatter) 

   鏜孔加工時(shí)最常出現(xiàn)的、也是最令人頭疼問(wèn)題是顫振。在加工中心上發(fā)生顫振的原因主要有以下幾點(diǎn)： 

   ①工具系統(tǒng)的剛性(Rigidity)：包括刀柄、鏜桿、鏜頭以及中間連接部分的剛性。因?yàn)槭菓冶奂庸?Stub Boring)所以特別是小孔、深孔及硬質(zhì)工件的加工時(shí)，工具系統(tǒng)的剛性尤為重要。

   ②工具系統(tǒng)的動(dòng)平衡(Balance)：相對(duì)于工具系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心，工具自身如有一不平衡質(zhì)量，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)因不平衡的離心力的作用而導(dǎo)致顫振的發(fā)生。特別是在高速加工時(shí)工具的動(dòng)平衡性所產(chǎn)生影響很大。

   ③工件自身或工件的固定剛性(Clamping Rigidity)：象一些較小、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(wú)法使用合理的治具進(jìn)行充分的固定。

   ④刀片的刀尖形狀(Geometry of Edge)：刀片的前角、逃角、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(Cutting Condition)：包括切削速度、進(jìn)給、進(jìn)刀量以及給油方式及種類(lèi)等。

   ⑥機(jī)器的主軸系統(tǒng)(Spindle)等：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. 鏜刀的選擇基準(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(lái)說(shuō)，應(yīng)注意系統(tǒng)本身的剛性、動(dòng)平衡性、柔性、信賴(lài)性、操作方便性及壽命和成本。

3-1.　一體式(Solid)鏜刀與模塊式(Modular)鏜刀

   古老的一體式鏜刀主要用在量產(chǎn)品的生產(chǎn)線或?qū)Ｓ脵C(jī)上，但實(shí)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。如BT有15、30、40、45、50、60等等。 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(duì)應(yīng)上遇到很大的困難。特別是近些年來(lái)，市場(chǎng)結(jié)構(gòu)、市場(chǎng)需要日新月異，產(chǎn)品周期日益縮短，這就要求加工機(jī)械以及加工工具具有更充分的柔性(Suppleness)。所以一體式鏜刀大多數(shù)已從工場(chǎng)中消失。

   模塊式鏜刀即是將鏜刀分為：基礎(chǔ)柄(Basic Holder)、延長(zhǎng)器(Extension)、減徑器(Reduction)、鏜桿）、鏜頭(Boring Head)、刀片座(Insert Holder)、刀片(Insert)、（倒角環(huán)）等多個(gè)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(duì)應(yīng)各種加工要求，并延長(zhǎng)刀具整體的壽命。

   模塊式鏜刀最先出現(xiàn)在歐洲市場(chǎng)，大約20年前日本大昭和精機(jī)株式會(huì)社(BIG)與瑞士KAISER公司進(jìn)行技術(shù)合作，BIG-KAISER模塊式鏜刀首次出現(xiàn)在日本市場(chǎng)，并逐漸取代了一體式鏜刀的地位。如今日本的機(jī)械加工工場(chǎng)里80%以上都是使用的 BIG-KAISER模塊式鏜刀。

   由此顯而可見(jiàn)，模塊式鏜刀具有一體式鏜刀無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。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(lài)性。

3-2.　各種各樣的模塊式鏜刀

   現(xiàn)在市場(chǎng)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。

①BIG-KAISER方式

   它只要靠一顆錐度為15°的錐形螺絲來(lái)連接，固定時(shí)也只需要一支六角小扳手，操作非常方便。 

   由于螺孔與被連接體的錐孔間有一定的偏心，當(dāng)旋緊螺絲時(shí)依靠錐面的作用，將旋緊力的絕大部分轉(zhuǎn)化為軸向的拉力，使被連接的兩部分貼緊，而保持徑向位置不變。

   固定螺絲用高剪斷強(qiáng)度材料制成，可承受較大的扭矩，并且粗鏜時(shí)設(shè)有加強(qiáng)拴。 

②側(cè)固式

   顯而已見(jiàn)，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(huì)發(fā)生變化。

③旋入式

   雖然端面得到連接，但刀尖在圓周上的相位會(huì)發(fā)生變化。

④后部拉緊式

   端面的連接和跳動(dòng)都較好，但操作性很差。

⑤其它方式

   側(cè)面90°兩點(diǎn)固定方式；側(cè)面180°兩點(diǎn)傾斜固定方式；ABS方式等等。

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