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加工中心上的鏜孔加工的刀具技術

http://mamafrist.com 2015年09月19日        

1. 緒言


  所謂鏜孔加工(Boring)就是指將工件上原有的孔進行擴大或精化。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,各種機器的軸承孔以及各種發(fā)動機的箱體、箱蓋的加工等。

  和其它機械加工相比,鏜孔加工是屬一種較難的加工。它只靠調節(jié)一枚刀片(或刀片座)要加工出象H7、H6這樣的微米級的孔。隨著加工中心(Machining center)的普及,現(xiàn)在的鏜孔加工只需要進行編程、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)品的質量。這里主要從工具技術的角度來分析加工中心的鏜孔加工。

2. 加工中心的鏜孔加工的特點

2.1工具轉動

  和車床加工不同,加工中心加工時由于工具轉動,便不可能在加工中及時掌握刀尖的情況來調節(jié)進刀量等。也不可能象數(shù)控車床那樣可以只調節(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。也正因為加工中心不具有自動加工直徑調節(jié)機能(附有U軸機能的除外),就要求鏜刀必須具有微調機構或自動補償機能,特別是在精鏜時根據(jù)公差要求有時必須在微米級調節(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。特別是用縱型加工中心進行鋼的盲孔粗鏜加工時,至今這個問題還沒得到完全解決。

2.2顫振(Chatter)

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

  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。因為是懸臂加工(Stub Boring)所以特別是小孔、深孔及硬質工件的加工時,工具系統(tǒng)的剛性尤為重要。

 ?、诠ぞ呦到y(tǒng)的動平衡(Balance):相對于工具系統(tǒng)的轉動軸心,工具自身如有一不平衡質量,在轉動時因不平衡的離心力的作用而導致顫振的發(fā)生。特別是在高速加工時工具的動平衡性所產(chǎn)生影響很大。

  ③工件自身或工件的固定剛性(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法使用合理的治具進行充分的固定。

 ?、艿镀牡都庑螤?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。

 ?、萸邢鳁l件(Cutting Condition):包括切削速度、進給、進刀量以及給油方式及種類等。

  ⑥機器的主軸系統(tǒng)(Spindle)等:機器主軸自身的剛性、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

  根據(jù)加工內(nèi)容的不同鏜刀的選擇基準也不一樣,一般來說,應注意系統(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。

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)線或專用機上,但實際上機器的規(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應上遇到很大的困難。特別是近些年來,市場結構、市場需要日新月異,產(chǎn)品周期日益縮短,這就要求加工機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)已從工場中消失。

  模塊式鏜刀即是將鏜刀分為:基礎柄(Basic Holder)、延長器(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,也可以迅速對應各種加工要求,并延長刀具整體的壽命。

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

  下表是一體式鏜刀與模塊式鏜刀的綜合比較。


  由此顯而可見,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,以及高重復精度和高度的信賴性。

3-2. 各種各樣的模塊式鏜刀

  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。

  ①BIG-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。

  由于螺孔與被連接體的錐孔間有一定的偏心,當旋緊螺絲時依靠錐面的作用,將旋緊力的絕大部分轉化為軸向的拉力,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度材料制成,可承受較大的扭矩,并且粗鏜時設有加強拴。

  ②側固式

  顯而已見,這種連接方式僅僅是達到固定的目的。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。

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  雖然端面得到連接,但刀尖在圓周上的相位會發(fā)生變化。

 ?、芎蟛坷o式

  端面的連接和跳動都較好,但操作性很差。

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  側面90°兩點固定方式;側面180°兩點傾斜固定方式;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,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。



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