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加工中心镗孔的刀具技术的应用

时间:2014/9/17 16:37:14     企业:158机床网   【字体:↑大 ↓小

    

    刀具是机械制造中用于切削加工的工具,又称切削工具。孔加工刀具,包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等。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)要加工出像H7、H6这样的微米级的孔。随着加工中心的普及,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。这里主要从刀具技术的角度来分析加工中心的镗孔加工。

一、 加工中心上镗孔加工的特点

1 . 刀具转动

    和车床加工不同,加工中心加工时由于刀具转动,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。也正因为这样所以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。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。

2 . 刀具的颠振

    镗孔加工时最常出现的、也是最令人头疼问题是颠振。在加工中心上发生颠振的原因主要有以下几点

 1) 工具系统的刚性:包括刀柄、镗杆、以及中间连接部分的刚性。因为是悬臂加工所以特别是小孔、深孔及硬质工件的加工时,工具系统的刚性尤为重要。

 2) 刀具系统的动平衡:相对于刀具系统的转动轴心,刀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颠振的发生。特别是在高速加工时刀具的动平衡性所产生影响很大。

 3) 工件自身或工件的固定刚性:像一些较小、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夹具进行充分的固定。

 4) 刀片的刀尖形状:刀片的前角、刀尖半径、断屑槽形状的不同所产生的切削抗力也不同。

 5) 切削条件:包括切削速度、进给量、进刀量以及给切削油方式及种类等。

 6) 机器的主轴系统: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 . 刀具的装夹

    在镗削孔时,最重要的是在加工中心上正确装夹刀具。在小孔镗削中,刀具的中心高是导致刀具失效的重要因素。如果刀具安装低于中心高,将影响刀具的加工性能。主要表现在:

 1) 切削刃相对于工件的主后角减小,导致刀具的后刀面与工件接触,使刀片与工件之间发生摩擦,当刀片旋转时,这种摩擦进一步会使刀尖发生偏离,导致刀具更深地切入工件。切削刃的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角,可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形,减小切屑流经前面的摩擦阻力,从而减小切削力和切削热。但增大前角,同时会降低切削刃的强度,减小刀头的散热体积。

 2) 当刀具后角减小时,刀片相对于工件的前角也增大,从而引起刀具刮削工件,引起刀具振动并损坏刀具。这种情况在镗削小孔时更为严重。

    为此建议刀具安装应略高于中心高(但应尽可能接近中心高)。这样可使刀具相对于工件的法向后角增大,切削条件得到改善,如果加工时产生振动,刀尖会向下和向中心偏斜,从而接近理想的中心高。刀具也可轻微地退出,减小削伤工件的可能性。此外,刀具前角也将减小,这样可稳定工作压力。如果前角减小到0°,就会产生太大的工作压力,导致刀具失效。所以在镗孔时,应选取正前角的镗刀,在镗1mm的小孔时,镗杆的直径只有0.75mm左右,使刀具承受的切削力减小。

4 . 切屑的排出

    在镗削孔时,切屑的有效排出至关重要。加工时,由于刀具在孔内,切削液很难到达切削刃,造成切屑排出困难,影响刀具寿命。为解决这一难题,一些刀具制造商开发出一种沿切削刃带冷却槽的刀片,使切削液直接流向切削刃,防止切屑堵塞和刀具损坏。

二、刀具的选择基准

    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、信赖性、操作方便性及寿命和成本。

1 . 一体式镗刀

    古老的一体式镗刀主要用在批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。 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刀具具有更充分的柔性。所以一体式镗刀大多数已从工厂中消失。

2 . 模块式镗刀

    模块式镗刀即是将镗刀分为:基础柄、延长器、减径器、镗头、刀片座、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。

    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。诸如:

BIG-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;

(1)侧固式: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;

(2)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;

(3)后部拉紧式:端面的连接和跳动都较好,但操作性很差。
    当然市场上所具有类型远远不止以上几种,用户可根据需要选择所需类型的镗刀。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。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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