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加工中心镗孔加工的刀具技术

 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。      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H7H6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。    

  1. 加工中心镗孔加工的特点 

    1.1工具转动 

    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 

    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。 

    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。

    2. 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 

    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NTMTBTIVCVDV等等。即使规格一样,大小也有不同。如BT153040455060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。 

    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。 

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