孔加工應(yīng)用非常廣泛,孔加工刀具,包括鉆頭、擴孔鉆、鏜刀、鉸刀和內(nèi)表面拉刀等。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(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。
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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)機構(gòu)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(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。
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刀具的顫振
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、進給量、進刀量以及給切削油方式及種類等。
6) 機器的主軸系統(tǒng):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。
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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?shù)镀D(zhuǎn)時,這種摩擦進一步會使刀尖發(fā)生偏離,導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度,減小刀頭的散熱體積。
2) 當?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。
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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。
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(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。
01
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。 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。
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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:
1)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;
2)側(cè)固式: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;
3)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;
4)后部拉緊式:端面的連接和跳動都較好,但操作性很差。
當然市場上所具有類型遠遠不止以上幾種,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。
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度間的矛盾;進一步發(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。
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