加工中心上的镗孔加工的刀具技术

机械公敌

. 绪言 5 `7 n6 |( g$ V6 r( k! C0 S 　　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。 2. 加工中心的镗孔加工的特点 ! t6 J6 l1 l/ U* F 2.1工具转动 ; M$ L: e9 I0 c4 l, d* H% n 8 W0 b0 z3 O; W' P( R/ T' G　　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。 + ^" K4 m& ~7 E# D 　　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。 7 m6 L! P' t& S. J; t2 u& v- |4 n 2.2颤振(Chatter) * y, I N T& ?4 T, f4 |9 d1 Z　　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 9 J) A: J9 Y' M/ V8 X! \3 K " p% r( @$ I6 ]$ ^% u& H- _　　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。 % {" F8 q, B) E: Y0 ^　　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。 ( g- y' r! B: N0 j　　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。 ! }% F$ l- S' n+ k( k5 t 　　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。 + l1 R- |6 q% H0 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。 3. 镗刀的选择基准 / |, B2 y1 U6 @7 g' B8 h% P 　　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。 # s! m! i% {+ F( F- I+ r. ?+ m3-1.　一体式(Solid)镗刀与模块式(Modular)镗刀 . ~& H3 Q* {: ~0 o/ X3 w + B1 M$ n+ ?3 U8 [# n/ Q9 B- }　　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。 & S5 ^" o1 P7 A8 b3 i+ p4 E 　　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。 $ _: W" i- ^! m $ Z' k7 `3 C+ ?# o& J) {　　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 T- G0 |& t0 X, S& P# s5 b8 j　　下表是一体式镗刀与模块式镗刀的综合比较。 : E. T5 Z' }6 L . E( v4 b2 r: F, B6 O( q4 K2 S6 Y　　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。 & v* Y% o4 p! D& l , S/ y6 j) e& a) n3-2.　各种各样的模块式镗刀 1 C5 ]8 r. T( L" X 　　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。 ) x) u8 \0 G1 d. W7 ]8 g 1 |7 ~5 U V! U U' M& |　　①BIG-KAISER方式 　　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。 2 |$ j% b" r3 U, h. B- W. }8 w 3 Q9 |" i" w6 M" S, N: Y2 k　　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。 9 ~! T9 x7 e$ u 3 Q& T% x8 \3 _3 R　　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。 5 M: a C( e* q3 X2 ~8 h 　　②侧固式 $ I9 W1 q0 E$ O5 F　　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。 　　③旋入式 4 u$ Q- @' o0 S: q0 N6 R( K 7 E/ f ~7 Z, x- u; z　　虽然端面得到连接，但刀尖在圆周上的相位会发生变化。 1 R; X1 z. A e3 \) p5 W　　④后部拉紧式 # {+ s# ~9 O; t2 G) f: V / y# {' ~4 I! O) O5 [　　端面的连接和跳动都较好，但操作性很差。 　　⑤其它方式 4 U6 G( T# Q6 T* l# m; y 　　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。 9 S- {+ i6 Q" X) t 　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。