提高孔加工質(zhì)量的探討--專題.doc

附件1專題提高孔加工質(zhì)量的探討在機械零件加工作業(yè)中，孔加工所占比例相當大，高效率孔加工對于促使零部件生產(chǎn)合理化是不可或缺的重要工藝過程?？准庸そ?jīng)常決定生產(chǎn)周期的長短，鉆型起到了重要的作用，孔加工是金屬切削加工中最重要的工序的20%-30%。如何提高孔的加工質(zhì)量，是本文探討的重心。一個孔的加工有許多的步驟，孔加工質(zhì)量的好壞也有很多方面的因素。根據(jù)生產(chǎn)實際和具體的情況分析，以及經(jīng)過認真研究，確定了影響孔加工質(zhì)量的主要原因是：機床精度不夠：由于機床導軌磨損，車床各部位軸承磨損，精度降低，光桿彎曲，加工的孔圓柱度不好。沒有專用刀具，刀具剛性不足，容易產(chǎn)生震動加工工序不合理：張緊輪先車孔，后車溝槽，不容易去除毛刺。來料材質(zhì)不合格：加工時出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象。車削三要素參數(shù)選擇不正確：車削吃刀深度t：由于聯(lián)軸節(jié)孔長，鉆孔不正，粗車留量不均，造成吃刀深度不一致，孔精度達不到要求。走刀量s過快：粗車時留量大的，精車時孔的尺寸小，孔緊；反之，粗車時留量小的，孔松，公差不好控制。切削速度v過高：由于車長孔，刀具磨損過快，也使公差不好控制。以上都是對孔加工質(zhì)量有密切影響的主要因素，鑒于以上因素的影響，要提高孔的加工質(zhì)量，就要對諸多方面進行考慮，在這里，主要從刀具和設備的方面介紹一下如何提高孔的加工質(zhì)量。傳統(tǒng)的孔的加工刀具有兩類：一類是從實體材料種加工出孔的刀具，如：麻花鉆，扁鉆，中心鉆和深孔鉆等。另一類是對工件上已有孔進行再加工的刀具，常用的有擴孔鉆，鉸刀及鏜刀。麻花鉆：是常見的孔加工刀具。一般用于實體材料上的粗加工。鉆孔的尺寸精度為IT11-IT12，Ra為50-12.5m。加工范圍為0.1-80mm,以30mm以下時最常用。中心鉆：用來加工各種軸類工件的中心孔深孔鉆:用于加工孔深L與孔徑D之比L/D20-100的特殊深孔.在加工過程中,必須解決斷屑,排屑,冷卻潤滑和導向等問題.鉆削特點:刀具剛性差,排屑困難,切削熱不易排出擴孔鉆:常用作鉸孔或磨床前的預加工擴孔以及毛坯孔的擴大,作半精加工.在成批或大量生產(chǎn)時應用較廣.擴孔的加工精度可達IT10-IT11,Ra可達6.3-3.2m擴孔特點:切削刃不必自外圓延續(xù)到中心，避免了橫刃及其硬氣的不量影響；由于ap小,切削窄,易排除；同時排屑槽可作得較小較淺,增加刀具剛度；生產(chǎn)率高,導向性較好,切削較平穩(wěn)；擴孔的加工質(zhì)量比鉆孔高。鉸刀:用于對孔進行半精加工和徑加工，加工精度可達IT6-IT8.Ra可達1.6-0.4m.a.機用鉸刀:用于在機床上鉸孔,常用高速鋼制造,有錐柄和直柄兩種型式.b.手用鉸刀:常為整體式結(jié)構(gòu).直柄方頭,結(jié)構(gòu)簡單.手工操作,使用方便.鉸孔特點:刀具剛性好,導向性好,鉸削余量少,切削力小,Vc低,切削熱少,即減少了工件的發(fā)熱和變形,可用于精加工。另外,鉆,擴,鉸只能保證孔本身的精度,而不能保證孔間距離的尺寸精度.此時可利用夾具或用鏜孔夾來保證。鏜刀:多用于箱體孔的粗,精加工.a.單刃鏜刀b.多刃鏜刀:兩端都有切削刃,工作時可消除徑向力對鏜桿的影響,工件的孔徑尺寸與精度由鏜刀徑向尺寸保證.多采用浮動連接結(jié)構(gòu),可減少鏜刀塊安裝誤差及鏜桿徑向跳動所引起的加工誤差.孔的加工精度可達IT6-IT7,Ra達0.8m.拉刀:一種加工精度和切削效率都比較高的多齒刀具,廣泛應用于大批兩量生產(chǎn)中,可加工各種內(nèi)，外表面.可分為內(nèi)拉刀和外拉刀。在自動化生產(chǎn)線中，由于普通麻花鉆本身存在許多不合理之處，阻礙其切削性能的進一步提高，同時各種新型材料的應用給鉆削加工增添了許多困難，解決這些問題的主要途徑,除采用新的刀具材料外，優(yōu)化刀具的幾何參數(shù)，改善切削條件也是一種行之有效的辦法。目前，孔加工在機械作業(yè)中所占比例正逐漸增大，與高速銑削相類似的高速、高精度鉆削加工已提上議事日程，高效率孔加工對于促使零部件生產(chǎn)合理化是不可或缺的重要工藝過程。近年來，零部件生產(chǎn)大都采用以CNC機床為中心的生產(chǎn)形態(tài)，進行孔加工時，也大都采用加工中心、CNC電加工機床等先進設備。無論哪個領域的孔加工，實現(xiàn)高精度和高速化都是取得用戶訂單的重要競爭手段。1高速孔加工所用加工中心（MC）的條件實現(xiàn)孔加工高速化的先決條件是必須采用高速加工中心，而機床的高速化必須滿足下列條件。1.1配備高速回轉(zhuǎn)主軸鉆頭和立銑刀一樣帶有中心齒，由于中心齒附近有一種圓周速度，因此，切削速度向高速化發(fā)展時，主軸的轉(zhuǎn)速也必須實現(xiàn)高速化。特別是在使用小直徑鉆頭時，主軸的高速化更是不可缺少的。今后，隨著孔加工高速化的進展，預計轉(zhuǎn)速達30000100000r/min的主軸需求將不斷增多。同時，由于達到規(guī)定的高速回轉(zhuǎn)所需時間很短以及要求Z向（鉆頭切削方向）主軸伸出長度應控制在最小程度之內(nèi)，因此，高速主軸的配置是實現(xiàn)高速高精度孔加工不可缺少的條件。1.2可動部分具有動作敏捷的功能主軸和工作臺等可動部分應盡可能減輕重量，以實現(xiàn)動作快捷化，這也是進行高速孔加工必須具備的條件。1個孔的加工時間只需數(shù)秒鐘，因此，必須縮短孔與孔之間的工具移動時間，這是實現(xiàn)高效率切削的關鍵問題，解決此問題的途徑首先即為可動部件的動作必須靈活快捷。例如，即便達到了高精度的定位精度，但如機床可動部分的動作不夠靈敏快捷，也就不可能滿足當前用戶提出的實現(xiàn)高速孔加工的要求。通常是用加速度特性（G值）來判斷機床可動部分的快捷性能，當G=0.81.5時，可判斷該機床為具有高度快捷性能的加工中心。1.3工作臺與機床整體面積的比例應較小作為加工中心的用戶，他們希望工作臺及工作臺以外的部分所占空間應盡可能少一些。尤其是孔加工這類加工成本較高而附加價值又較低的加工領域，最好使用那種結(jié)構(gòu)緊湊的加工中心。如日本理化研究所試制的高速CNC銑床，其加工范圍為300mm2，機床本體所占面積950mm2，機床所占面積約為可加工最大工件尺寸的三倍，整個結(jié)構(gòu)相當緊湊。該銑床主軸轉(zhuǎn)速為45000r/min，可進行高速切削。主軸為XY方向移動式結(jié)構(gòu)（工作臺僅限Z軸移動），其加速度特性值G=1.5，表明該機床具有快捷動作功能。1.4主軸可直接供給冷卻液在鉆削過程中，加工L/D（鉆頭直徑與孔深之比）在5以上的孔必須特別注意排屑問題，最好選用帶供油孔的鉆頭，以便進行穩(wěn)定的加工。采用由主軸中心供給冷卻液的方式，對于更換卡具的鎖緊螺栓則更為方便。1.5具有孔加工用CNC工具插補功能CNC切削的特點在于可以進行控制工具軌跡的合理加工，在對孔進行CNC切削加工時，可采用螺旋切削、等高走刀、對切等工具插補方式，具有這些功能的CNC控制系統(tǒng)均可在孔加工中加以應用。2跨入高速鉆孔加工新時期長期以來都是利用鉆頭進行高精度孔、螺紋孔等通孔及螺栓孔等的加工，最近，這類加工已經(jīng)向高速切削方向迅速發(fā)展。在孔加工作業(yè)中，目前仍大量使用高速鋼麻花鉆，但各企業(yè)之間在孔加工精度和加工效率方面已逐漸拉開了差距。高速切削鉆頭的材料以陶瓷涂層硬質(zhì)合金為主，如MAZAK公司和森精機制作所在加工鑄鐵時，即采用了陶瓷涂層鉆頭。在加工鋁合金等有色材料時，可采用金剛石涂層硬質(zhì)合金鉆頭、DLC涂層硬質(zhì)合金鉆頭或帶金剛石燒結(jié)體刀齒的鉆頭?？傊?，今后將會不斷開發(fā)出許多新型的高速切削鉆頭。在各種涂層鉆頭中，陶瓷涂層硬質(zhì)合金鉆頭特別重視耐磨性、耐熱性及潤滑性，其涂層工藝也采取多層涂覆方式，如利用TiAlN、TiN、TiCN等復合氮化物形成復合涂層結(jié)構(gòu)。鉆頭的切削條件總的趨勢是高速化，隨著被加工材料的不同，切削速度已可分別達到200300m/min。高速鉆頭切削是一種高速大進給量的發(fā)展趨勢，類似球頭立銑刀切削條件的發(fā)展趨勢。切削實踐表明，提高切削速度有利于切屑形態(tài)的合理化和改善加工表面的粗糙度，預計今后仍將沿著高速切削的方向發(fā)展；提高進給量對斷屑排屑和延長刀具壽命非常有利，因此，今后也仍將沿著大進給的方向不斷發(fā)展。目前，高速孔加工大都采用主軸帶供液孔的加工中心，這種設備有利于提高鉆頭的切削速度。例如，用10mm涂層硬質(zhì)合金鉆頭在S45C材料上加工淺孔時，切削速度可達250m/min，進給速度可達1600mm/min（相當于0.2mm/r），在此條件下，加工1個孔只需1秒鐘左右。日立精機公司、布拉薩工業(yè)公司均采用此條件進行淺孔加工。布拉薩公司在此條件下，用金剛石涂層硬質(zhì)合金鉆頭在鋁合金桿料上加工小直徑孔時，1個孔只需0.20.5秒鐘左右即可完成。預計，今后小直徑孔加工將進入1秒鐘加工1個孔的高速加工時期。高速切削對鉆頭壽命的影響因素甚多，諸如由于切削熱較高而引起刃部磨損，切削振動將導致崩刃、切屑纏繞，甚至引起鉆頭折斷等。為了減少上述故障對鉆頭壽命的影響，可采取如下一些技術措施：（1）選用耐磨性優(yōu)異，適宜于高速鉆削的刀具材料，例如涂層硬質(zhì)合金等。（2）選取適應高速切削的切削刃形狀，如確定合適的鉆尖角和刃口倒棱等。通常鉆尖角可選為130140，這種角度可有效減小切削扭矩；另外，可采取十字形修磨等方式，使切削刃與被切削面的接觸面積盡可能減小。同時，應盡量提高柄部和切削刃部分的振擺精度及凸緣部分的高度精度。（3）選用夾持剛性和振擺精度高的夾具，同時應減輕夾具重量，以利于動作快捷化。例如，HSK刀柄的熱裝式結(jié)構(gòu)就是目前比較理想的夾持系統(tǒng)。（4）高速鉆削時，為了提高刃口冷卻和排屑效果，可采用直接向切削刃供給冷卻液的供液方式，以獲得穩(wěn)定的切削效果。冷卻液中，除切削液外，還可添加少量植物油和空氣，形成混合的霧狀冷卻劑。3可轉(zhuǎn)位鉆頭的發(fā)展動向可轉(zhuǎn)位鉆頭是一種作為切削刃的刀片可更換的工具，與普通鉆頭相比，其直徑較大，不過最近已開發(fā)出10mm的小型可轉(zhuǎn)位鉆頭。目前，可轉(zhuǎn)位鉆頭已系列化，幾乎可以涵蓋整體式鉆頭系列的各類產(chǎn)品。鉆頭刀片一般采用涂層硬質(zhì)合金材料制作，只有少數(shù)產(chǎn)品采用燒結(jié)高速鋼、金剛石燒結(jié)體、CBN燒結(jié)體等材料。可轉(zhuǎn)位鉆頭通常只有1個刀片，也可有兩個刀片，即分別為中心齒和外周齒。在進行大直徑孔加工時，鉆頭可安裝2個以上的刀片。裝單個刀片的鉆頭與整體式鉆頭類似，尖端為三角形狀，這樣可減小切削阻力；為了便于切屑的分斷，刀片均帶有斷屑槽。刀片夾緊方式因廠家而異，在多數(shù)情況下，均采用1個或幾個螺釘緊固刀片。當帶有2個以上刀片時，刀片形狀和斷屑槽形狀均各不相同。最近這一趨勢尤為明顯?？赊D(zhuǎn)位鉆頭開發(fā)的初期，只能加工深度為鉆頭直徑3倍左右的孔，目前已發(fā)展到可加工5D8D（D為鉆頭直徑）的深孔。在加工那些孔規(guī)格統(tǒng)一的零件時，使用可轉(zhuǎn)位鉆頭效果最為明顯。例如，利用裝有多刀片的鉆頭，可同時對孔入口處進行倒棱和锪孔等作業(yè)，這對提高孔加工的質(zhì)量是極為有利的。4CNC孔加工技術CNC切削是使切削加工更加合理化的加工方式，對于提高孔的加工質(zhì)量有著重要的作用。進行CNC孔加工時，可采用具有多方向切削功能的立銑刀、螺旋切削插補及等高切入插補等方式，它要求選用盡可能少的刀具來對少量孔進行最為合理的加工。近來，生產(chǎn)中采用高速銑削方式進行孔加工即為此類加工的應用實例。高速銑削具有下述特點：（1）利用球頭立銑刀和螺旋插補的鉆頭，可進行鏜削和倒棱加工；（2）球頭立銑刀配合螺旋插補法，可進行錐度孔的連續(xù)加工；（3）加工螺紋用的立銑刀配合螺旋插補法，可進行各種螺紋孔加工；（4）立銑刀配合等高切入插補，可對孔進行半精加工和精加工?？傊霉ぞ卟逖a功能，可對任意尺寸的高精度孔進行高效率精密加工。尤其在采用高速銑削時，各刀齒所承受的負荷相對較輕，因而用同一把涂層硬質(zhì)合金立銑刀，可對多種被加工材料進行高速高精度孔加工。今后，這種加工方式可望進一步用于干式切削領域，來進一部的提高孔的加工質(zhì)量。5高速高精度孔加工除采用CNC切削方式對孔進行精密加工外，還可采用鏜削和鉸削等方式對孔