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加工中心上的镗孔加工的刀具技术

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发表于 2008-7-6 13:19:01 | 显示全部楼层 |阅读模式

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. 绪言 0 C8 P0 D9 {$ s, ]% B- L9 Z$ X$ k0 N5 K   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。; l4 F* m2 z: Q 1 K) ] z: G/ }( L  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。 , J" F5 m. `, F! Z8 ]% u% B 3 I D5 l+ u4 r# {* Y& D2. 加工中心的镗孔加工的特点 ; c" c; }* F' ]$ M( b8 [6 `# F* E L$ P' a4 a/ v9 ] m 2.1工具转动 8 X- `: P* C+ x/ s; t( F4 l$ J, _; I# Q R   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。! w* C6 f7 z! g4 D& M - Q2 n' o5 h/ Q, P  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。. q% W8 W5 s: H: [ ) b' F! f( @$ P2.2颤振(Chatter)" Z* K- M, Y4 i0 U: A5 A L # F5 j& j$ s' u' {9 @, i7 z! | U& {  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# Z5 u5 t8 d# M ' v+ N: ?* K1 ?0 ?) e9 w6 r  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。 . ~1 R# j4 q$ M3 w- t 2 o8 \3 B$ w) {0 U  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。 * b9 w" t- J# x% Y2 b) X! x+ ~8 w 0 Q, U, O7 l* b2 [' ?7 f* ?# N  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。 / F. b$ L, `) E2 W1 B/ G 5 T% g5 |* i0 _7 o  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。 _! Q% W' g# n1 k" M' Q3 k 7 |- H& ~- V" K. \$ W% a  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。 3 o/ w! v# f$ F7 L$ ?, E/ L4 o 0 z! n% q+ K" o( U9 T* w  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。# G: V/ n8 a( N |# B 6 A5 y; j# T9 Z( ^9 O8 o; A! K 3. 镗刀的选择基准# F7 w0 I/ m& Z ?* E" T : ^# v6 p- p7 y  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。; P4 X8 |, _% S$ o1 f: H5 o 8 ^3 L. m `# R/ V( [ 3-1. 一体式(Solid)镗刀与模块式(Modular)镗刀 5 }0 ? M; P+ `, n- Z- C1 J0 R* `/ _* ~. K' h5 d ^4 ?: p   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。: W# w. O. E; I9 z% P d% n+ j$ B3 z1 H   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。$ M3 M( k/ C' N) S$ b8 B4 M . J2 l% D" I; m0 i6 v2 m. G6 C  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。 z% p; ?, y* c& | 6 x9 \$ c3 J1 `; N# b; _4 r   下表是一体式镗刀与模块式镗刀的综合比较。! P& G3 K; U! G) A# `! f ! F5 v4 |8 @# t7 x - @; |0 K$ T+ }   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。9 ~9 J( a: h {. r $ u8 [4 L2 R% V* L! I 3-2. 各种各样的模块式镗刀 e9 W3 }, s) l 7 F6 w4 \: v7 g: k9 y8 ^8 B3 s* H   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。 1 R5 P' y8 `" _4 T& o5 b {) q7 R3 ^. e( G  ①BIG-KAISER方式2 }9 a: ^3 W" C & U2 X, v4 D G4 h! x1 F8 H3 s! q7 f   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。) F1 I4 s& o, M \) O7 u" X- p, q# n3 `7 O  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。 - f. C9 H) \" s n - u1 q- V2 p) U/ P/ s3 b5 f& 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 }5 o7 R3 c3 O* Q$ _5 W j9 w7 v* m& v: x. \5 t; i   ②侧固式 0 ^; E8 z! N- p+ k* K7 O : u# y: i7 {" z1 i3 r" {+ P  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。 ' }6 M# _0 s" J. G$ z2 F8 o1 Z9 w& L) n   ③旋入式 $ |6 ?9 B( M* b& j7 d& h% a' Y7 A5 r* W6 j" K/ H" n   虽然端面得到连接,但刀尖在圆周上的相位会发生变化。$ m: C4 V! W& o, l, W' j, U : P$ i; [6 Y9 M) P   ④后部拉紧式! S/ H) N# c. Q9 M ! B2 u4 B1 `+ Y5 I6 W& Y   端面的连接和跳动都较好,但操作性很差。 & a: ~# ~; ~* o2 {% O' L( ^( }6 y2 X4 ]   ⑤其它方式& Q. K% V; G" p" a% ? n- n$ \ . N' S7 \9 }- E) Z) x   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。 * ~0 t' ]+ b8 S* E9 G! i# E9 I& }6 ?  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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