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加工中心鏜孔加工的刀具技術

所謂鏜孔加工(Boring)是指將工件上原有的孔進行擴大或精化。它的特征是修正孔的偏心、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方法往往被使用在最后工序上。例如,各種機器的軸承孔以及各種發動機的箱體、箱蓋的加工等。      與其它機械加工相比,鏜孔加工屬于一種較難的加工。它只靠調節一枚刀片(或刀片座)要加工出H7H6這樣的微米級的孔。以前,人們曾將從事這種加工的人稱為“鏜孔師”,以表示對這種有特別技能的人的尊敬。但是,隨著加工中心(Machining center)的普及,現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。    

  1. 加工中心鏜孔加工的特點 

    1.1工具轉動 

    與車床加工不同,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進刀量等。也不可能像數控車床那樣可以只調節數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公差要求有時必須實現微米級調節。 

    另外,加工中心鏜孔時由于切屑的流出方向在不斷改變,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得多。特別是用立式加工中心進行鋼的盲孔粗鏜加工時,至今這個問題還未得到完全解決。 

    1.2顫振(Chatter 

    鏜孔加工時常出現的、也是最令人頭痛的問題是顫振。加工中心發生顫振的原因主要有以下幾點: 

    ①工具系統的剛性(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),所以特別是加工小孔、深孔及硬質工件時,工具系統的剛性尤為重要。 

    ②工具系統的動平衡(Balance 

    相對于工具系統的轉動軸心,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生。特別是在高速加工時工具的動平衡性影響很大。 

    ③工件自身或工件的固定剛性(Clamping Rigidity 

    一些較小、較薄的工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(Geometry of Edge 

    刀片的前角、后角、刀尖半徑、斷屑槽形狀不同,所產生的切削抗力也不同。 

    ⑤切削條件(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(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。

    2. 鏜刀的選擇基準 

    根據加工內容的不同,鏜刀的選擇基準也不一樣。一般來說,應注意系統本身的剛性、動平衡性、柔性、可靠性、操作方便性及壽命和成本等。

    2.1一體式(Solid)鏜刀與模塊式(Modular)鏜刀 

    傳統的一體式鏜刀主要用于產品的生產線或專機上,但實際上機器的規格多種多樣,如NTMTBTIVCVDV等等。即使規格一樣,大小也有不同。如BT153040455060等等。即使規格、大小都一樣,有可能拉釘形狀、螺紋也不一樣,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)、倒角環等多個部分,然后根據具體的加工內容(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。 

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