加工中心上的镗孔加工的刀具技术

机械公敌

. 绪言 4 U: I. F+ m; R, Y8 K l5 b0 p 　　所谓镗孔加工(Boring)就是指将工件上原有的孔进行扩大或精化。它的特征是修正下孔的偏心、获得精确的孔的位置，取得高精度的圆度、圆柱度和表面光洁度。所以，镗孔加工作为一种高精度加工法往往被使用在最后的工序上。例如，各种机器的轴承孔以及各种发动机的箱体、箱盖的加工等。 　　和其它机械加工相比，镗孔加工是属一种较难的加工。它只靠调节一枚刀片(或刀片座)要加工出象H7、H6这样的微米级的孔。随着加工中心(Machining center)的普及，现在的镗孔加工只需要进行编程、按扭操作等。正因为这样，就需要有更简单、更方便、更精密的刀具来保证产品的质量。这里主要从工具技术的角度来分析加工中心的镗孔加工。 * h% b4 z, d$ X! J; ^& { C( [2. 加工中心的镗孔加工的特点 8 X; K, S" T S" c j% ` z" ^. Z3 l& }) S- O7 F* x4 E2.1工具转动 % K0 `( S: y* Q& D- w( L4 q: m　　和车床加工不同，加工中心加工时由于工具转动，便不可能在加工中及时掌握刀尖的情况来调节进刀量等。也不可能象数控车床那样可以只调节数控按扭就可以改变加工直径。这便成了完全自动化加工的一个很大的障碍。也正因为加工中心不具有自动加工直径调节机能(附有U轴机能的除外)，就要求镗刀必须具有微调机构或自动补偿机能，特别是在精镗时根据公差要求有时必须在微米级调节。 * `( p# ]0 y" w; a' X - U% `4 g$ t; Y; E) |1 G　　另外，加工中心镗孔时由于切屑的流出方向在不断地改变，所以刀尖、工件的冷却以及切屑的排出都要比车床加工时难的多。特别是用纵型加工中心进行钢的盲孔粗镗加工时，至今这个问题还没得到完全解决。 8 p3 _! B9 c: i' Y, `2.2颤振(Chatter) 6 q' U# J( _) J1 \+ g 　　镗孔加工时最常出现的、也是最令人头疼问题是颤振。在加工中心上发生颤振的原因主要有以下几点 　　①工具系统的刚性(Rigidity)：包括刀柄、镗杆、镗头以及中间连接部分的刚性。因为是悬臂加工(Stub Boring)所以特别是小孔、深孔及硬质工件的加工时，工具系统的刚性尤为重要。 　　②工具系统的动平衡(Balance)：相对于工具系统的转动轴心，工具自身如有一不平衡质量，在转动时因不平衡的离心力的作用而导致颤振的发生。特别是在高速加工时工具的动平衡性所产生影响很大。 & `1 L( a1 m3 l' p' A 　　③工件自身或工件的固定刚性(Clamping Rigidity)：象一些较小、较薄的部件由于其自身的刚性不足，或由于工件形状等原因无法使用合理的治具进行充分的固定。 * l% b! H$ k) P2 i% z I 　　④刀片的刀尖形状(Geometry of Edge)：刀片的前角、逃角、刀尖半径、断屑槽形状的不同所产生的切削抗力也不同。 # G6 ]) ] M" M/ Q " k; X8 v/ ]% W F# [3 ]; Y7 }　　⑤切削条件(Cutting Condition)：包括切削速度、进给、进刀量以及给油方式及种类等。 : A7 E8 g& C. w# v. g7 Z　　⑥机器的主轴系统(Spindle)等：机器主轴自身的刚性、轴承及齿轮的性能以及主轴和刀柄之间的连接刚性。 4 ` @0 [; {5 \2 ]2 U 3. 镗刀的选择基准 　　根据加工内容的不同镗刀的选择基准也不一样，一般来说，应注意系统本身的刚性、动平衡性、柔性、信赖性、操作方便性及寿命和成本。 5 A/ ?$ L& I2 A% E 3-1.　一体式(Solid)镗刀与模块式(Modular)镗刀 　　古老的一体式镗刀主要用在量产品的生产线或专用机上，但实际上机器的规格有多种多样:NT、MT、BT、　　IV 、CV 、DV等等。即使规格一样，大小也有不同。如BT有15、30、40、45、50、60等等。 即使规格、大小都一样，有可能拉钉形状、螺纹不一样，或者法兰面形状不一样。这些都使得一体式镗刀在对应上遇到很大的困难。特别是近些年来，市场结构、市场需要日新月异，产品周期日益缩短，这就要求加工机械以及加工工具具有更充分的柔性(Suppleness)。所以一体式镗刀大多数已从工场中消失。 * s( F8 W z3 U6 |$ J - A! p( H6 N. c2 n- m　　模块式镗刀即是将镗刀分为：基础柄(Basic Holder)、延长器(Extension)、减径器(Reduction)、镗杆）、镗头(Boring Head)、刀片座(Insert Holder)、刀片(Insert)、（倒角环）等多个部分，然后根据具体的加工内容（粗镗、精镗；孔的直径、深度、形状；工件材料等等）进行自由组合。这样不但大大地减少了刀柄的数量，降低了成本，也可以迅速对应各种加工要求，并延长刀具整体的寿命。 8 o5 g6 a! f# ?! f) R0 `& x1 l) `　　模块式镗刀最先出现在欧洲市场，大约20年前日本大昭和精机株式会社(BIG)与瑞士KAISER公司进行技术合作，BIG-KAISER模块式镗刀首次出现在日本市场，并逐渐取代了一体式镗刀的地位。如今日本的机械加工工场里80%以上都是使用的 BIG-KAISER模块式镗刀。 * x# F; u/ M* i1 `8 D7 i　　下表是一体式镗刀与模块式镗刀的综合比较。 $ r/ w8 \0 D) H" n% k: i $ l7 M+ z4 J$ r1 | 　　由此显而可见，模块式镗刀具有一体式镗刀无法比拟的优势。当然，这也需要模块式镗刀具有高连接精度和高连接刚性，以及高重复精度和高度的信赖性。 , s4 U4 K$ I" B+ D/ I1 o! L% `: Y $ i( \9 L5 p1 ~7 C3-2.　各种各样的模块式镗刀 　　现在市场上存在着各种各样的模块式镗刀系统，它们的连接方式各有区别。 0 J. |2 D1 {5 J* T' t . f+ ~% y. O) ?/ P* K9 p　　①BIG-KAISER方式 9 r2 c# Q% L- u) ?) w8 ?. q　　它只要靠一颗锥度为15°的锥形螺丝来连接，固定时也只需要一支六角小扳手，操作非常方便。 6 m9 S( U3 e: X- y2 r　　由于螺孔与被连接体的锥孔间有一定的偏心，当旋紧螺丝时依靠锥面的作用，将旋紧力的绝大部分转化为轴向的拉力，使被连接的两部分贴紧，而保持径向位置不变。 s* h D$ N- @, z4 p' {! C 　　固定螺丝用高剪断强度材料制成，可承受较大的扭矩，并且粗镗时设有加强拴。 % d: i6 v2 s3 F# q( ?; T 　　②侧固式 　　显而已见，这种连接方式仅仅是达到固定的目的。它的旋紧力的绝大部分都向着径向。不但连接体的端面不能密接，径向位置也会发生变化。 ( R4 p9 P. L3 g- `* f: X, E4 k$ L 3 o) P2 l) b+ H6 S/ C　　③旋入式 5 k7 O7 b; q, e/ c, G9 Y+ H9 F, G " {5 q) p- j3 G1 N! J　　虽然端面得到连接，但刀尖在圆周上的相位会发生变化。 1 z, G9 Z( k/ g" ~8 m6 b" N" n, i9 _6 P 　　④后部拉紧式 ) C' W7 ~2 k! a 　　端面的连接和跳动都较好，但操作性很差。 　　⑤其它方式 　　侧面90°两点固定方式；侧面180°两点倾斜固定方式；ABS方式等等。 / M# T- K/ k9 d1 ? 4 d ?' y- J; r& v/ G/ c0 B9 S5 _　总而言之，模块式镗刀系统具有很大的优势，但并不是说只要是模块式就好。必须从连接刚性、精度、操作性、价格等多方面来衡量。