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(jī)械零件加工作業(yè)中，孔加工所占比例相當(dāng)大，高效率孔加工對(duì)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(zhǎng)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(gè)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(shí)際和具體的情況分析，以及經(jīng)過認(rèn)真研究，確定了影響孔加工質(zhì)量的主要原因是：機(jī)床精度不夠：由于機(jī)床導(dǎo)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(dòng)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(shí)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(zhǎng)，鉆孔不正，粗車留量不均，造成吃刀深度不一致，孔精度達(dá)不到要求。走刀量s過快：粗車時(shí)留量大的，精車時(shí)孔的尺寸小，孔緊；反之，粗車時(shí)留量小的，孔松，公差不好控制。切削速度v過高：由于車長(zhǎng)孔，刀具磨損過快，也使公差不好控制。以上都是對(duì)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(duì)諸多方面進(jìn)行考慮，在這里，主要從刀具和設(shè)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(shí)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(duì)工件上已有孔進(jìn)行再加工的刀具，常用的有擴(kuò)孔鉆，鉸刀及鏜刀。麻花鉆：是常見的孔加工刀具。一般用于實(shí)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(shí)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(rùn)滑和導(dǎo)向等問題.鉆削特點(diǎn):刀具剛性差,排屑困難,切削熱不易排出擴(kuò)孔鉆:常用作鉸孔或磨床前的預(yù)加工擴(kuò)孔以及毛坯孔的擴(kuò)大,作半精加工.在成批或大量生產(chǎn)時(shí)應(yīng)用較廣.擴(kuò)孔的加工精度可達(dá)IT10-IT11,Ra可達(dá)6.3-3.2m擴(kuò)孔特點(diǎn):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(shí)排屑槽可作得較小較淺,增加刀具剛度；生產(chǎn)率高,導(dǎo)向性較好,切削較平穩(wěn)；擴(kuò)孔的加工質(zhì)量比鉆孔高。鉸刀:用于對(duì)孔進(jìn)行半精加工和徑加工，加工精度可達(dá)IT6-IT8.Ra可達(dá)1.6-0.4m.a.機(jī)用鉸刀:用于在機(jī)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(jiǎn)單.手工操作,使用方便.鉸孔特點(diǎn):刀具剛性好,導(dǎo)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(kuò),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(shí)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(shí)可消除徑向力對(duì)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(dòng)連接結(jié)構(gòu),可減少鏜刀塊安裝誤差及鏜桿徑向跳動(dòng)所引起的加工誤差.孔的加工精度可達(dá)IT6-IT7,Ra達(dá)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(yīng)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(dòng)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(jìn)一步提高，同時(shí)各種新型材料的應(yīng)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(jī)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(duì)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(jī)床為中心的生產(chǎn)形態(tài)，進(jìn)行孔加工時(shí)，也大都采用加工中心、CNC電加工機(jī)床等先進(jìn)設(shè)備。無論哪個(gè)領(lǐng)域的孔加工，實(shí)現(xiàn)高精度和高速化都是取得用戶訂單的重要競(jìng)爭(zhēng)手段。1高速孔加工所用加工中心（MC）的條件實(shí)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(jī)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(shí)，主軸的轉(zhuǎn)速也必須實(shí)現(xiàn)高速化。特別是在使用小直徑鉆頭時(shí)，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(jìn)展，預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)速達(dá)30000100000r/min的主軸需求將不斷增多。同時(shí)，由于達(dá)到規(guī)定的高速回轉(zhuǎn)所需時(shí)間很短以及要求Z向（鉆頭切削方向）主軸伸出長(zhǎng)度應(yīng)控制在最小程度之內(nèi)，因此，高速主軸的配置是實(shí)現(xiàn)高速高精度孔加工不可缺少的條件。1.2可動(dòng)部分具有動(dòng)作敏捷的功能主軸和工作臺(tái)等可動(dòng)部分應(yīng)盡可能減輕重量，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作快捷化，這也是進(jìn)行高速孔加工必須具備的條件。1個(gè)孔的加工時(shí)間只需數(shù)秒鐘，因此，必須縮短孔與孔之間的工具移動(dòng)時(shí)間，這是實(shí)現(xiàn)高效率切削的關(guān)鍵問題，解決此問題的途徑首先即為可動(dòng)部件的動(dòng)作必須靈活快捷。例如，即便達(dá)到了高精度的定位精度，但如機(jī)床可動(dòng)部分的動(dòng)作不夠靈敏快捷，也就不可能滿足當(dāng)前用戶提出的實(shí)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(jī)床可動(dòng)部分的快捷性能，當(dāng)G=0.81.5時(shí)，可判斷該機(jī)床為具有高度快捷性能的加工中心。1.3工作臺(tái)與機(jī)床整體面積的比例應(yīng)較小作為加工中心的用戶，他們希望工作臺(tái)及工作臺(tái)以外的部分所占空間應(yīng)盡可能少一些。尤其是孔加工這類加工成本較高而附加價(jià)值又較低的加工領(lǐng)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(jī)床本體所占面積950mm2，機(jī)床所占面積約為可加工最大工件尺寸的三倍，整個(gè)結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊。該銑床主軸轉(zhuǎn)速為45000r/min，可進(jìn)行高速切削。主軸為XY方向移動(dòng)式結(jié)構(gòu)（工作臺(tái)僅限Z軸移動(dòng)），其加速度特性值G=1.5，表明該機(jī)床具有快捷動(dòng)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(jìn)行穩(wěn)定的加工。采用由主軸中心供給冷卻液的方式，對(duì)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(bǔ)功能CNC切削的特點(diǎn)在于可以進(jìn)行控制工具軌跡的合理加工，在對(duì)孔進(jìn)行CNC切削加工時(shí)，可采用螺旋切削、等高走刀、對(duì)切等工具插補(bǔ)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(yīng)用。2跨入高速鉆孔加工新時(shí)期長(zhǎng)期以來都是利用鉆頭進(jìn)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(jī)制作所在加工鑄鐵時(shí)，即采用了陶瓷涂層鉆頭。在加工鋁合金等有色材料時(shí)，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窈髮?huì)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(rùn)滑性，其涂層工藝也采取多層涂覆方式，如利用TiAlN、TiN、TiCN等復(fù)合氮化物形成復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)。鉆頭的切削條件總的趨勢(shì)是高速化，隨著被加工材料的不同，切削速度已可分別達(dá)到200300m/min。高速鉆頭切削是一種高速大進(jìn)給量的發(fā)展趨勢(shì)，類似球頭立銑刀切削條件的發(fā)展趨勢(shì)。切削實(shí)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(yù)計(jì)今后仍將沿著高速切削的方向發(fā)展；提高進(jìn)給量對(duì)斷屑排屑和延長(zhǎng)刀具壽命非常有利，因此，今后也仍將沿著大進(jìn)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(shè)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(shí)，切削速度可達(dá)250m/min，進(jìn)給速度可達(dá)1600mm/min（相當(dāng)于0.2mm/r），在此條件下，加工1個(gè)孔只需1秒鐘左右。日立精機(jī)公司、布拉薩工業(yè)公司均采用此條件進(jìn)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(shí)，1個(gè)孔只需0.20.5秒鐘左右即可完成。預(yù)計(jì)，今后小直徑孔加工將進(jìn)入1秒鐘加工1個(gè)孔的高速加工時(shí)期。高速切削對(duì)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(dòng)將導(dǎo)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(duì)鉆頭壽命的影響，可采取如下一些技術(shù)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(yīng)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(shí)，應(yīng)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(shí)應(yīng)減輕夾具重量，以利于動(dòng)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(shí)，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(dòng)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?？赊D(zhuǎn)位鉆頭通常只有1個(gè)刀片，也可有兩個(gè)刀片，即分別為中心齒和外周齒。在進(jìn)行大直徑孔加工時(shí)，鉆頭可安裝2個(gè)以上的刀片。裝單個(gè)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?jǐn)啵镀鶐в袛嘈疾?。刀片夾緊方式因廠家而異，在多數(shù)情況下，均采用1個(gè)或幾個(gè)螺釘緊固刀片。當(dāng)帶有2個(gè)以上刀片時(shí)，刀片形狀和斷屑槽形狀均各不相同。最近這一趨勢(shì)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(shí)，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(shí)對(duì)孔入口處進(jìn)行倒棱和锪孔等作業(yè)，這對(duì)提高孔加工的質(zhì)量是極為有利的。4CNC孔加工技術(shù)CNC切削是使切削加工更加合理化的加工方式，對(duì)于提高孔的加工質(zhì)量有著重要的作用。進(jìn)行CNC孔加工時(shí)，可采用具有多方向切削功能的立銑刀、螺旋切削插補(bǔ)及等高切入插補(bǔ)等方式，它要求選用盡可能少的刀具來對(duì)少量孔進(jìn)行最為合理的加工。近來，生產(chǎn)中采用高速銑削方式進(jìn)行孔加工即為此類加工的應(yīng)用實(shí)例。高速銑削具有下述特點(diǎn)：（1）利用球頭立銑刀和螺旋插補(bǔ)的鉆頭，可進(jìn)行鏜削和倒棱加工；（2）球頭立銑刀配合螺旋插補(bǔ)法，可進(jìn)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(bǔ)法，可進(jìn)行各種螺紋孔加工；（4）立銑刀配合等高切入插補(bǔ)，可對(duì)孔進(jìn)行半精加工和精加工?？傊?，利用工具插補(bǔ)功能，可對(duì)任意尺寸的高精度孔進(jìn)行高效率精密加工。尤其在采用高速銑削時(shí)，各刀齒所承受的負(fù)荷相對(duì)較輕，因而用同一把涂層硬質(zhì)合金立銑刀，可對(duì)多種被加工材料進(jìn)行高速高精度孔加工。今后，這種加工方式可望進(jìn)一步用于干式切削領(lǐng)域，來進(jìn)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(duì)孔進(jìn)行精密加工外，還可采用鏜削和鉸削等方式對(duì)孔