提高孔加工质量的探讨--专题.doc

附件1专题提高孔加工质量的探讨在机械零件加工作业中，孔加工所占比例相当大，高效率孔加工对于促使零部件生产合理化是不可或缺的重要工艺过程。孔加工经常决定生产周期的长短，钻型起到了重要的作用，孔加工是金属切削加工中最重要的工序的20%-30%。如何提高孔的加工质量，是本文探讨的重心。一个孔的加工有许多的步骤，孔加工质量的好坏也有很多方面的因素。根据生产实际和具体的情况分析，以及经过认真研究，确定了影响孔加工质量的主要原因是：机床精度不够：由于机床导轨磨损，车床各部位轴承磨损，精度降低，光杆弯曲，加工的孔圆柱度不好。没有专用刀具，刀具刚性不足，容易产生震动加工工序不合理：张紧轮先车孔，后车沟槽，不容易去除毛刺。来料材质不合格：加工时出现让刀现象。车削三要素参数选择不正确：车削吃刀深度t：由于联轴节孔长，钻孔不正，粗车留量不均，造成吃刀深度不一致，孔精度达不到要求。走刀量s过快：粗车时留量大的，精车时孔的尺寸小，孔紧；反之，粗车时留量小的，孔松，公差不好控制。切削速度v过高：由于车长孔，刀具磨损过快，也使公差不好控制。以上都是对孔加工质量有密切影响的主要因素，鉴于以上因素的影响，要提高孔的加工质量，就要对诸多方面进行考虑，在这里，主要从刀具和设备的方面介绍一下如何提高孔的加工质量。传统的孔的加工刀具有两类：一类是从实体材料种加工出孔的刀具，如：麻花钻，扁钻，中心钻和深孔钻等。另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具，常用的有扩孔钻，铰刀及镗刀。麻花钻：是常见的孔加工刀具。一般用于实体材料上的粗加工。钻孔的尺寸精度为IT11-IT12，Ra为50-12.5m。加工范围为0.1-80mm,以30mm以下时最常用。中心钻：用来加工各种轴类工件的中心孔深孔钻:用于加工孔深L与孔径D之比L/D20-100的特殊深孔.在加工过程中,必须解决断屑,排屑,冷却润滑和导向等问题.钻削特点:刀具刚性差,排屑困难,切削热不易排出扩孔钻:常用作铰孔或磨床前的预加工扩孔以及毛坯孔的扩大,作半精加工.在成批或大量生产时应用较广.扩孔的加工精度可达IT10-IT11,Ra可达6.3-3.2m扩孔特点:切削刃不必自外圆延续到中心，避免了横刃及其硬气的不量影响；由于ap小,切削窄,易排除；同时排屑槽可作得较小较浅,增加刀具刚度；生产率高,导向性较好,切削较平稳；扩孔的加工质量比钻孔高。铰刀:用于对孔进行半精加工和径加工，加工精度可达IT6-IT8.Ra可达1.6-0.4m.a.机用铰刀:用于在机床上铰孔,常用高速钢制造,有锥柄和直柄两种型式.b.手用铰刀:常为整体式结构.直柄方头,结构简单.手工操作,使用方便.铰孔特点:刀具刚性好,导向性好,铰削余量少,切削力小,Vc低,切削热少,即减少了工件的发热和变形,可用于精加工。另外,钻,扩,铰只能保证孔本身的精度,而不能保证孔间距离的尺寸精度.此时可利用夹具或用镗孔夹来保证。镗刀:多用于箱体孔的粗,精加工.a.单刃镗刀b.多刃镗刀:两端都有切削刃,工作时可消除径向力对镗杆的影响,工件的孔径尺寸与精度由镗刀径向尺寸保证.多采用浮动连接结构,可减少镗刀块安装误差及镗杆径向跳动所引起的加工误差.孔的加工精度可达IT6-IT7,Ra达0.8m.拉刀:一种加工精度和切削效率都比较高的多齿刀具,广泛应用于大批两量生产中,可加工各种内，外表面.可分为内拉刀和外拉刀。在自动化生产线中，由于普通麻花钻本身存在许多不合理之处，阻碍其切削性能的进一步提高，同时各种新型材料的应用给钻削加工增添了许多困难，解决这些问题的主要途径,除采用新的刀具材料外，优化刀具的几何参数，改善切削条件也是一种行之有效的办法。目前，孔加工在机械作业中所占比例正逐渐增大，与高速铣削相类似的高速、高精度钻削加工已提上议事日程，高效率孔加工对于促使零部件生产合理化是不可或缺的重要工艺过程。近年来，零部件生产大都采用以CNC机床为中心的生产形态，进行孔加工时，也大都采用加工中心、CNC电加工机床等先进设备。无论哪个领域的孔加工，实现高精度和高速化都是取得用户订单的重要竞争手段。1高速孔加工所用加工中心（MC）的条件实现孔加工高速化的先决条件是必须采用高速加工中心，而机床的高速化必须满足下列条件。1.1配备高速回转主轴钻头和立铣刀一样带有中心齿，由于中心齿附近有一种圆周速度，因此，切削速度向高速化发展时，主轴的转速也必须实现高速化。特别是在使用小直径钻头时，主轴的高速化更是不可缺少的。今后，随着孔加工高速化的进展，预计转速达30000100000r/min的主轴需求将不断增多。同时，由于达到规定的高速回转所需时间很短以及要求Z向（钻头切削方向）主轴伸出长度应控制在最小程度之内，因此，高速主轴的配置是实现高速高精度孔加工不可缺少的条件。1.2可动部分具有动作敏捷的功能主轴和工作台等可动部分应尽可能减轻重量，以实现动作快捷化，这也是进行高速孔加工必须具备的条件。1个孔的加工时间只需数秒钟，因此，必须缩短孔与孔之间的工具移动时间，这是实现高效率切削的关键问题，解决此问题的途径首先即为可动部件的动作必须灵活快捷。例如，即便达到了高精度的定位精度，但如机床可动部分的动作不够灵敏快捷，也就不可能满足当前用户提出的实现高速孔加工的要求。通常是用加速度特性（G值）来判断机床可动部分的快捷性能，当G=0.81.5时，可判断该机床为具有高度快捷性能的加工中心。1.3工作台与机床整体面积的比例应较小作为加工中心的用户，他们希望工作台及工作台以外的部分所占空间应尽可能少一些。尤其是孔加工这类加工成本较高而附加价值又较低的加工领域，最好使用那种结构紧凑的加工中心。如日本理化研究所试制的高速CNC铣床，其加工范围为300mm2，机床本体所占面积950mm2，机床所占面积约为可加工最大工件尺寸的三倍，整个结构相当紧凑。该铣床主轴转速为45000r/min，可进行高速切削。主轴为XY方向移动式结构（工作台仅限Z轴移动），其加速度特性值G=1.5，表明该机床具有快捷动作功能。1.4主轴可直接供给冷却液在钻削过程中，加工L/D（钻头直径与孔深之比）在5以上的孔必须特别注意排屑问题，最好选用带供油孔的钻头，以便进行稳定的加工。采用由主轴中心供给冷却液的方式，对于更换卡具的锁紧螺栓则更为方便。1.5具有孔加工用CNC工具插补功能CNC切削的特点在于可以进行控制工具轨迹的合理加工，在对孔进行CNC切削加工时，可采用螺旋切削、等高走刀、对切等工具插补方式，具有这些功能的CNC控制系统均可在孔加工中加以应用。2跨入高速钻孔加工新时期长期以来都是利用钻头进行高精度孔、螺纹孔等通孔及螺栓孔等的加工，最近，这类加工已经向高速切削方向迅速发展。在孔加工作业中，目前仍大量使用高速钢麻花钻，但各企业之间在孔加工精度和加工效率方面已逐渐拉开了差距。高速切削钻头的材料以陶瓷涂层硬质合金为主，如MAZAK公司和森精机制作所在加工铸铁时，即采用了陶瓷涂层钻头。在加工铝合金等有色材料时，可采用金刚石涂层硬质合金钻头、DLC涂层硬质合金钻头或带金刚石烧结体刀齿的钻头。总之，今后将会不断开发出许多新型的高速切削钻头。在各种涂层钻头中，陶瓷涂层硬质合金钻头特别重视耐磨性、耐热性及润滑性，其涂层工艺也采取多层涂覆方式，如利用TiAlN、TiN、TiCN等复合氮化物形成复合涂层结构。钻头的切削条件总的趋势是高速化，随着被加工材料的不同，切削速度已可分别达到200300m/min。高速钻头切削是一种高速大进给量的发展趋势，类似球头立铣刀切削条件的发展趋势。切削实践表明，提高切削速度有利于切屑形态的合理化和改善加工表面的粗糙度，预计今后仍将沿着高速切削的方向发展；提高进给量对断屑排屑和延长刀具寿命非常有利，因此，今后也仍将沿着大进给的方向不断发展。目前，高速孔加工大都采用主轴带供液孔的加工中心，这种设备有利于提高钻头的切削速度。例如，用10mm涂层硬质合金钻头在S45C材料上加工浅孔时，切削速度可达250m/min，进给速度可达1600mm/min（相当于0.2mm/r），在此条件下，加工1个孔只需1秒钟左右。日立精机公司、布拉萨工业公司均采用此条件进行浅孔加工。布拉萨公司在此条件下，用金刚石涂层硬质合金钻头在铝合金杆料上加工小直径孔时，1个孔只需0.20.5秒钟左右即可完成。预计，今后小直径孔加工将进入1秒钟加工1个孔的高速加工时期。高速切削对钻头寿命的影响因素甚多，诸如由于切削热较高而引起刃部磨损，切削振动将导致崩刃、切屑缠绕，甚至引起钻头折断等。为了减少上述故障对钻头寿命的影响，可采取如下一些技术措施：（1）选用耐磨性优异，适宜于高速钻削的刀具材料，例如涂层硬质合金等。（2）选取适应高速切削的切削刃形状，如确定合适的钻尖角和刃口倒棱等。通常钻尖角可选为130140，这种角度可有效减小切削扭矩；另外，可采取十字形修磨等方式，使切削刃与被切削面的接触面积尽可能减小。同时，应尽量提高柄部和切削刃部分的振摆精度及凸缘部分的高度精度。（3）选用夹持刚性和振摆精度高的夹具，同时应减轻夹具重量，以利于动作快捷化。例如，HSK刀柄的热装式结构就是目前比较理想的夹持系统。（4）高速钻削时，为了提高刃口冷却和排屑效果，可采用直接向切削刃供给冷却液的供液方式，以获得稳定的切削效果。冷却液中，除切削液外，还可添加少量植物油和空气，形成混合的雾状冷却剂。3可转位钻头的发展动向可转位钻头是一种作为切削刃的刀片可更换的工具，与普通钻头相比，其直径较大，不过最近已开发出10mm的小型可转位钻头。目前，可转位钻头已系列化，几乎可以涵盖整体式钻头系列的各类产品。钻头刀片一般采用涂层硬质合金材料制作，只有少数产品采用烧结高速钢、金刚石烧结体、CBN烧结体等材料。可转位钻头通常只有1个刀片，也可有两个刀片，即分别为中心齿和外周齿。在进行大直径孔加工时，钻头可安装2个以上的刀片。装单个刀片的钻头与整体式钻头类似，尖端为三角形状，这样可减小切削阻力；为了便于切屑的分断，刀片均带有断屑槽。刀片夹紧方式因厂家而异，在多数情况下，均采用1个或几个螺钉紧固刀片。当带有2个以上刀片时，刀片形状和断屑槽形状均各不相同。最近这一趋势尤为明显。可转位钻头开发的初期，只能加工深度为钻头直径3倍左右的孔，目前已发展到可加工5D8D（D为钻头直径）的深孔。在加工那些孔规格统一的零件时，使用可转位钻头效果最为明显。例如，利用装有多刀片的钻头，可同时对孔入口处进行倒棱和锪孔等作业，这对提高孔加工的质量是极为有利的。4CNC孔加工技术CNC切削是使切削加工更加合理化的加工方式，对于提高孔的加工质量有着重要的作用。进行CNC孔加工时，可采用具有多方向切削功能的立铣刀、螺旋切削插补及等高切入插补等方式，它要求选用尽可能少的刀具来对少量孔进行最为合理的加工。近来，生产中采用高速铣削方式进行孔加工即为此类加工的应用实例。高速铣削具有下述特点：（1）利用球头立铣刀和螺旋插补的钻头，可进行镗削和倒棱加工；（2）球头立铣刀配合螺旋插补法，可进行锥度孔的连续加工；（3）加工螺纹用的立铣刀配合螺旋插补法，可进行各种螺纹孔加工；（4）立铣刀配合等高切入插补，可对孔进行半精加工和精加工。总之，利用工具插补功能，可对任意尺寸的高精度孔进行高效率精密加工。尤其在采用高速铣削时，各刀齿所承受的负荷相对较轻，因而用同一把涂层硬质合金立铣刀，可对多种被加工材料进行高速高精度孔加工。今后，这种加工方式可望进一步用于干式切削领域，来进一部的提高孔的加工质量。5高速高精度孔加工除采用CNC切削方式对孔进行精密加工外，还可采用镗削和铰削等方式对孔