加工中心镗孔加工的刀具技术

欣亿

所谓镗孔加工（Boring）是指将工件上原有的孔进行扩大或精化。它的特征是修正孔的偏心、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方法往往被使用在最后工序上。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。
; T. |2 V/ O& T6 }1 D与其它机械加工相比，镗孔加工属于一种较难的加工。它只靠调节一枚刀片（或刀片座）要加工出H7、H6这样的微米级的孔。以前，人们曾将从事这种加工的人称为“镗孔师”，以表示对这种有特别技能的人的尊敬。但是，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。
5 h9 c5 K2 r( ^1. 加工中心镗孔加工的特点
. \4 B+ f  a; k$ M  I, \: u) L% [1.1工具转动
& T3 i% K0 r' [& i与车床加工不同，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。也不可能像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实现微米级调节。
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得多。特别是用立式加工中心进行钢的盲孔粗镗加工时，至今这个问题还未得到完全解决。
1.2颤振（Chatter）
, _( H# L4 z7 m+ ]# K0 a9 k镗孔加工时常出现的、也是最令人头痛的问题是颤振。加工中心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），所以特别是加工小孔、深孔及硬质工件时，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影响很大。
③工件自身或工件的固定刚性（Clamping Rigidity）
一些较小、较薄的工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夹具进行充分的固定。
④刀片的刀尖形状（Geometry of Edge）
刀片的前角、后角、刀尖半径、断屑槽形状不同，所产生的切削抗力也不同。
) O3 _# w" |7 a: d6 z+ v⑤切削条件（Cutting Condition）
- \, D% G0 T) B" P; O' F包括切削速度、进给、进刀量以及给油方式及种类等。
⑥机器的主轴系统（Spindle）等
  |5 K! X6 p( B  K' i* y) f/ _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。
5 u/ Y+ Y) @# n; G# Q! c; m7 r) O2. 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、可靠性、操作方便性及寿命和成本等。
2.1一体式（Solid）镗刀与模块式（Modular）镗刀
# ?6 s% p3 K1 U7 N传统的一体式镗刀主要用于产品的生产线或专机上，但实际上机器的规格多种多样，如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、螺纹也不一样，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。
: @( T2 n4 Z$ K2 p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。
+ {4 u- G8 n3 O" m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。
& {0 W0 t. U6 I4 |; i% p& R; Y由此可见，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。
2.2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。
①BIG-KAISER方式：它只要靠一颗锥度为15°的锥形螺钉来连接，固定时也只需要一支六角小扳手，操作非常方便。由于螺孔与被连接体的锥孔间有一定的偏心，当旋紧螺钉时依靠锥面的作用，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。固定螺钉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。
" G( `8 ^3 X" b+ R( g) D; B②侧固式：显而易见，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。
③旋入式：虽然端面得到连接，但刀尖在圆周上的相位会发生变化。
. L$ Z6 P  Q3 Z: X4 v% K④后部拉紧式：端面的连接和跳动都较好，但操作性很差。
' q. c+ L4 q  h: s) j' X⑤其它方式：包括侧面90°两点固定方式；侧面180°两点倾斜固定方式；ABS方式等等。
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。
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