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加工中心上的镗孔加工的刀具技术

时间:2009-5-15 16:59:39 中国废旧物资网  免费注册赢积分 编辑:小博

1. 绪言


  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

2.1工具转动

  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。

  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。

2.2颤振(Chatter)

  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

  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。

  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。

  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。

  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。

3. 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、信赖性、操作方便性及寿命和成本。

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。

  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。

  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。

  下表是一体式镗刀与模块式镗刀的综合比较。


  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。

3-2. 各种各样的模块式镗刀

  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。

  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。

  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侧固式

  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

  虽然端面得到连接,但刀尖在圆周上的相位会发生变化。

  ④后部拉紧式

  端面的连接和跳动都较好,但操作性很差。

  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。

 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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