加工中心上的镗孔加工的刀具技术

机械公敌

. 绪言 5 S% d& }& ?1 _- q4 K P 　　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。 8 n( N; {9 E$ W. V9 M . u& ]$ }6 i" i( }# \. K0 Y6 r2. 加工中心的镗孔加工的特点 7 O* B) i7 Z- ]2.1工具转动 # U! g1 _% t7 T# n8 g. P1 V1 {2 i　　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。 % a# I. ]! T- X/ i 　　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。 ) G0 q0 M+ q4 _7 u0 h 2.2颤振(Chatter) : u% o( {9 e& l1 [ & n: L9 q8 f8 H　　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 5 _0 h7 R6 ^& c3 U　　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。 9 n) G# K9 c# h4 i( v3 p+ c( ? 　　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。 1 F/ H& r I$ I+ T. S0 ~3 P8 Z! X 　　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。 0 m5 |) ?* a9 S( ~2 R4 g7 ^+ b9 n　　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。 ; t' Z. x- ^% ~4 ]% m9 f& J 　　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。 　　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。 5 O3 u! q8 F! E4 [ $ T( M8 j, I) Y6 \6 Z# Z6 d3. 镗刀的选择基准 / u2 u5 f6 Y% \# v3 K, I 8 j, \( ?! @% F. u- r/ R2 {* s　　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, @. Q7 ^4 M- @, _! p " r. q0 v, k; y/ ^3-1.　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。 9 Y3 g$ E" v8 f F1 T4 p" {$ u　　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。 5 q3 p$ _4 g. @- U8 |+ @5 v# T 　　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。 : Y; v* m; V% e' ^; V6 i$ s! {8 O * V/ Z7 Z2 o) B& o6 h　　下表是一体式镗刀与模块式镗刀的综合比较。 " S$ _/ k/ C: V4 H5 B- l, ?; D" h + Q6 V8 O, Z3 N- [　　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。 , v4 e5 H3 W* {( l& v0 Q$ Z 6 c/ S) k; j( b0 |3-2.　各种各样的模块式镗刀 ! Q0 t4 ` N* P' R( U　　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。 2 m/ q/ }7 u# [% f: G' ^+ e; o) V; S/ ] 　　①BIG-KAISER方式 ' p. M5 O9 g1 p4 O( M, C 　　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。 　　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。 2 G. }, q7 {% X" m2 |　　②侧固式 5 z; r M/ x( _2 Z. _! Z- G: _8 f! W , Z0 J% O$ B: U4 J% m3 ]　　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。 : L" |+ I8 \# I! D/ Y. F8 }; s 2 k5 w8 D/ u) A- n' B7 O- O2 w　　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。 , R3 Q1 }8 V' }5 x + M9 }/ M* N5 q4 Q# W- O　　④后部拉紧式 　　端面的连接和跳动都较好，但操作性很差。 ! |8 C5 v$ H3 W4 J2 A/ V9 t- Q " I( |6 h& B- B. ]* [　　⑤其它方式 　　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。 3 Q3 }3 O9 K1 }9 A. P# p　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。