孔加工技术的发展方向概述
1、速孔加工所用加工中心(MC)的条件实现孔加工高速化的先决条件是必须采用高速加工中心,而机床的高速化必须满足下列条件。
1.1配备高速回转主轴
钻头和立铣刀一样带有中心齿,由于中心齿附近有一种圆周速度,因此,切削速度向高速化发展时,主轴的转速也必须实现高速化。特别是在使用小直径钻头时,主轴的高速化更是不可缺少的。今后,随着孔加工高速化的进展,预计转速达30000~100000r/min的主轴需求将不断增多。同时,由于达到规定的高速回转所需时间很短以及要求Z向(钻头切削方向)主轴伸出长度应控制在最小程度之内,因此,高速主轴的配置是实现高速高精度孔加工不可缺少的条件。
1.2可动部分具有动作敏捷的功能
主轴和工作台等可动部分应尽可能减轻重量,以实现动作快捷化,这也是进行高速孔加工必须具备的条件。1个孔的加工时间只需数秒钟,因此,必须缩短孔与孔之间的工具移动时间,这是实现高效率切削的关键问题,解决此问题的途径首先即为可动部件的动作必须灵活快捷。例如,即便达到了高精度的定位精度,但如机床可动部分的动作不够灵敏快捷,也就不可能满足当前用户提出的实现高速孔加工的要求。通常是用加速度特性(G值)来判断机床可动部分的快捷性能,当G=0.8~1.5时,可判断该机床为具有高度快捷性能的加工中心。
1.3工作台与机床整体面积的比例应较小
作为加工中心的用户,他们希望工作台及工作台以外的部分所占空间应尽可能少一些。尤其是孔加工这类加工成本较高而附加价值又较低的加工领域,最好使用那种结构紧凑的加工中心。如日本理化研究所试制的高速CNC铣床,其加工范围为300mm2,机床本体所占面积950mm2,机床所占面积约为可加工最大工件尺寸的三倍,整个结构相当紧凑。该铣床主轴转速为45000r/min,可进行高速切削。主轴为XY方向移动式结构(工作台仅限Z轴移动),其加速度特性值G=1.5,表明该机床具有快捷动作功能。
1.4主轴可直接供给冷却液
在钻削过程中,加工L/D(钻头直径与孔深之比)在5以上的孔必须特别注意排屑问题,最好选用带供油孔的钻头,以便进行稳定的加工。采用由主轴中心供给冷却液的方式,对于更换卡具的锁紧螺栓则更为方便。
1.5具有孔加工用CNC工具插补功能
CNC切削的特点在于可以进行控制工具轨迹的合理加工,在对孔进行CNC切削加工时,可采用螺旋切削、等高走刀、对切等工具插补方式,具有这些功能的CNC控制系统均可在孔加工中加以应用。
2、高速钻孔加工新时期
长期以来都是利用钻头进行高精度孔、螺纹孔等通孔及螺栓孔等的加工,最近,这类加工已经向高速切削方向迅速发展。
在孔加工作业中,目前仍大量使用高速钢麻花钻,但各企业之间在孔加工精度和加工效率方面已逐渐拉开了差距。高速切削钻头的材料以陶瓷涂层硬质合金为主,如MAZAK公司和森精机制作所在加工铸铁时,即采用了陶瓷涂层钻头。在加工铝合金等有色材料时,可采用金刚石涂层硬质合金钻头、DLC涂层硬质合金钻头或带金刚石烧结体刀齿的钻头。总之,今后将会不断开发出许多新型的高速切削钻头。
在各种涂层钻头中,陶瓷涂层硬质合金钻头特别重视耐磨性、耐热性及润滑性,其涂层工艺也采取多层涂覆方式,如利用TiAlN、TiN、TiCN等复合氮化物形成复合涂层结构。钻头的切削条件总的趋势是高速化,随着被加工材料的不同,切削速度已可分别达到200~300m/min。
高速钻头切削是一种高速大进给量的发展趋势,类似球头立铣刀切削条件的发展趋势。切削实践表明,提高切削速度有利于切屑形态的合理化和改善加工表面的粗糙度,预计今后仍将沿着高速切削的方向发展;提高进给量对断屑排屑和延长刀具寿命非常有利,因此,今后也仍将沿着大进给的方向不断发展。
文章关键词: 孔加工技术
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