加工中心上的镗孔加工的刀具技术

机械公敌

. 绪言 ) n0 h( e4 c5 S: @; P' Z. a* z- r8 { $ d9 h- {3 u; H: N! u# o& m　　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。 ; D2 f7 O. {" I　　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。 7 J, s2 a0 t9 D; \8 V; r 2. 加工中心的镗孔加工的特点 8 [; _3 Q3 T5 P2 i6 F9 } 2.1工具转动 & i$ I ^$ q! b) l3 `' z. ~3 ? 　　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。 　　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。 ) Y, C% @: g4 z% { v, }# ~- n- h. B) a2.2颤振(Chatter) * x: `9 C+ E- j5 t　　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 $ D2 h6 ^4 a" s+ V8 H" [, K : t( ~/ ?* Z/ v g- I　　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。 # `3 h: t' M" C2 ]1 H6 q, G. y　　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。 * w6 N4 R# ]1 d1 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。 ; V' }! Z+ O, G6 ~1 _3 t; m( M& a 　　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。 : D! d8 B! b. Q3 N, Q 4 l5 _1 ?1 D1 s& e3 u0 I　　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。 , I* A( i" U. L 　　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。 8 Z" J+ b! e# Q) o* F/ j3. 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。 . M- s( ~9 K8 t0 \3 m' {9 F3-1.　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。 2 J% o, P5 L3 z# q0 V ' B5 T7 p3 H$ {　　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。 　　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。 　　下表是一体式镗刀与模块式镗刀的综合比较。 / o$ H; G% u6 v8 ^% U/ R! t: {; Q3 ] 7 o' L/ i& ^2 u2 o; U5 o　　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。 - t6 F% P2 w" {7 c! I ; D; i6 ~, j ]; ]* g3-2.　各种各样的模块式镗刀 0 D, y ]& V% U! r# ]　　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。 　　①BIG-KAISER方式 4 X6 Q2 `+ M G) j" N5 {. u2 S / }9 r! T8 i6 ]( H; f& ^　　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。 % N, l/ A7 A! O/ m- K4 m　　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。 　　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。 1 ?3 w: U6 k* p. |& D& ?0 k8 T 　　②侧固式 o! a5 O( Z% C+ k9 A% {0 s　　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。 : P# j9 L" y- u* X" \ 　　③旋入式 8 L3 b b [4 A& ?$ p ) @/ f* z- E/ }+ m5 B　　虽然端面得到连接，但刀尖在圆周上的相位会发生变化。 6 S+ X3 O4 l( Z" o2 z! ^7 Z; _ 　　④后部拉紧式 + \( M; L) n1 H/ A9 h8 X　　端面的连接和跳动都较好，但操作性很差。 : M/ t* y, G/ U' R2 d) R　　⑤其它方式 & u- Z+ D Z$ \, \. r* P# B# y4 c( B ' t$ ^. y# A7 D　　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。 5 h/ @+ T# J: X$ @0 L 　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。