數控加工中心高效高精度加工孔的方法

1孔加工和高效研磨法（1）作為機械零件的一個常見特征，孔的不同功能分為定位孔、參考孔、安裝孔和技術孔。直徑<30mm的孔一般采用加工方法有鉆削、擴削、鉸削、鏜削、銑孔等。孔徑>30mm的孔,基本已經過預加工或直接鍛造、鑄造出來,采用的工藝方法主要是擴孔、粗鏜、精鏜等;(2)鉆孔是孔的一種粗加工方法,鉆削為孔加工中必不可少的粗加工階段,該階段主要考慮的是材料的去除。傳統鉆削刀具采用的是高速鋼鉆頭,由于鉆頭定心差、剛性差,排屑難等原因,加工出來的孔精度一般為IT13~IT11,粗糙度為50~12.5μm,在這一過程中主要考慮地是效率問題;(3)鏜削加工以刀具的旋轉運動為主運動,鏜床多個部件作進給運動,因此能比較方便實現孔加工。一般情況下,鏜孔是用鏜刀對已有孔的直徑進行擴大并達到精度、表面粗糙度要求的加工方法。但對于尺寸和精度要求較高的孔,需要很多大小不同的刀柄和刀具,以軸承孔為例,即使是標準系列的軸承孔,在實際生產中需要的鏜刀數量也是非常龐大的,生產中頻繁換刀,使得生產效率很低。2數控加工中心近年來,數控機床的普及,孔加工也廣泛采用數控加工中心,使得孔加工向高速度、高精度方向發展,同時這也是市場競爭的主要手段。在孔加工中,以下方法能大大提高效率和精度。2.1提高鉆頭的耐久性(1)在孔加工中,尤其在孔的粗加工過程中,目前還是采用鉆削工藝,但鉆頭的材料選擇不同,各企業的生產效率和加工精度有較大的差距。高速切削鉆頭的材料以陶瓷涂層硬質合金為主,它的耐熱性、耐磨性及潤滑性與傳統高速鋼鉆頭相比有很大的變化,因被加工材料的不同,切削速度已經達到200~300m/min,這種鉆頭的使用極大地提高了孔粗加工過程的精度;(2)高速切削對鉆頭的壽命影響很大,例如刃部的磨損、崩刃、鉆頭折斷等,為提高鉆頭的壽命,常常采用如下措施:(1)選擇適合高速切削的切削刃形狀,通常鉆頭的鉆尖角為130~140°,選擇合適的刃口倒棱,可有效地減小切削扭矩;(2)應盡量提高高速鉆頭的柄部和切削刃的精度;(3)采用直接向切削刃提供切削液的方式,提高鉆頭冷卻和排屑的效果,從而延長刀具的壽命。2.2頻繁換刀粗銑孔加工對于較大直徑的孔采用預鉆、粗鏜、精鏜的加工方案,因此需要很多尺寸不同的刀柄和刀具,尤其精度較高的孔,更是需要眾多的專用鏜刀。對于數控銑床來說,大量的刀具,頻繁換刀使得工人的勞動量很大,即使是加工中心,必須是擁有足夠數量的刀具,但頻繁換刀又使得生產率降低。由于一把銑刀可以加工各種不同直徑的孔,孔的銑削加工很方便,粗銑孔時先采用鉆削加工以去除大部分的余量(有預鉆孔時可省),再利用銑刀進行擴孔,由于銑刀在切削過程中會因為切削力的作用,存在“讓刀”現象,形成“喇叭”口,所以傳統的銑削方式只能用于孔的粗加工。先進的數控設備應用,孔加工的工藝產生了變化,以銑代鉆、以銑代鉸、以銑代鏜應用而生,用銑刀精鏜孔的方法如下:(1)銑削刀切削力的影響用銑刀精鏜孔應最大限度地減小刀具的讓刀現象,更好地保證孔上下尺寸的一致性,銑刀應采用螺旋式進刀方式,此時,刀具的主要切削刃是銑刀的端面切削刃,在切削過程中銑刀的受力方向為軸向,切削用主軸轉速選擇中、高轉速,每層銑削深度很小,銑刀側切削刃的背吃刀量即為很小的層降,因此銑刀的徑向切削力很小,避免了刀具讓刀現象,提高孔尺寸精度。應注意的是螺旋式下刀過程中,孔各點坐標計算起來,很復雜,采用自動編程則簡單得多,現在廣泛應用的軟件如CAXA、UG、Mastercam都能完成此自動編程。(2)孔壁切削用量的確定是滿足剛度要求的基礎孔內壁表面粗糙度主要取決于機床、工藝系統的剛度,數控加工中心完全可以滿足剛度要求,在這種情況下,合理選擇切削用量就完全滿足孔內壁表面粗糙度的要求。(3)銑削的切削用量大,以控制合理由于螺旋式加工必須讓機床的X、Y、Z三軸聯動方式下才能實現,X、Y、Z三軸的徑向圓跳動誤差對孔的圓度和圓柱度等形狀公差都有影響,而鏜孔加工時工作臺不動,只有鏜刀隨主軸上下運動,孔的圓度和圓柱度等形狀公差僅與機床主軸的徑向圓跳動有關,用銑刀銑孔因原理誤差的影響而達不到精鏜孔的形狀公差要求,但由于數控加工中心的應用,機床本身的精度高了,主軸的轉速在中高速的狀態時,合理選擇銑削的切削用量,同樣可以達到鏜削的加工效果。由于大量減少了刀具的種類和數量,減少了換刀的時間,有效地提高生產效率。2.3孔加工和切削對于尺寸和形狀位置公差要求很高的孔還是要采用鏜削工藝,精鏜孔能夠獲得尺寸公差等級IT6以上,表面粗糙度值Ra為1μm,甚至更小的高質量高精度的孔。為保證孔的表面精度,加工時應采用以下方法:(1)盡可能選擇大的鏜刀直徑和短的刀桿以增大刀具的剛度,選擇錐形刀柄。使用高精度的夾頭和防振刀具以提高刀具的抗振能力。減小鏜刀的刀尖半徑,使用鋒利切削刀片;(2)設置合理的切削參數,提高或降低進給速度,徑向切削深度≤0.1mm/齒;(3)合理選擇切削液的種類和工作壓力,一般選擇乳化液作為切削液,工作壓力可