数控加工中心高效高精度加工孔的方法

数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）作为机械零件的一个常见特征，孔的不同功能分为定位孔、参考孔、安装孔和技术孔。直径<30mm的孔一般采用加工方法有钻削、扩削、铰削、镗削、铣孔等。孔径>30mm的孔,基本已经过预加工或直接锻造、铸造出来,采用的工艺方法主要是扩孔、粗镗、精镗等;(2)钻孔是孔的一种粗加工方法,钻削为孔加工中必不可少的粗加工阶段,该阶段主要考虑的是材料的去除。传统钻削刀具采用的是高速钢钻头,由于钻头定心差、刚性差,排屑难等原因,加工出来的孔精度一般为IT13~IT11,粗糙度为50~12.5μm,在这一过程中主要考虑地是效率问题;(3)镗削加工以刀具的旋转运动为主运动,镗床多个部件作进给运动,因此能比较方便实现孔加工。一般情况下,镗孔是用镗刀对已有孔的直径进行扩大并达到精度、表面粗糙度要求的加工方法。但对于尺寸和精度要求较高的孔,需要很多大小不同的刀柄和刀具,以轴承孔为例,即使是标准系列的轴承孔,在实际生产中需要的镗刀数量也是非常庞大的,生产中频繁换刀,使得生产效率很低。2数控加工中心近年来,数控机床的普及,孔加工也广泛采用数控加工中心,使得孔加工向高速度、高精度方向发展,同时这也是市场竞争的主要手段。在孔加工中,以下方法能大大提高效率和精度。2.1提高钻头的耐久性(1)在孔加工中,尤其在孔的粗加工过程中,目前还是采用钻削工艺,但钻头的材料选择不同,各企业的生产效率和加工精度有较大的差距。高速切削钻头的材料以陶瓷涂层硬质合金为主,它的耐热性、耐磨性及润滑性与传统高速钢钻头相比有很大的变化,因被加工材料的不同,切削速度已经达到200~300m/min,这种钻头的使用极大地提高了孔粗加工过程的精度;(2)高速切削对钻头的寿命影响很大,例如刃部的磨损、崩刃、钻头折断等,为提高钻头的寿命,常常采用如下措施:(1)选择适合高速切削的切削刃形状,通常钻头的钻尖角为130~140°,选择合适的刃口倒棱,可有效地减小切削扭矩;(2)应尽量提高高速钻头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,提高钻头冷却和排屑的效果,从而延长刀具的寿命。2.2频繁换刀粗铣孔加工对于较大直径的孔采用预钻、粗镗、精镗的加工方案,因此需要很多尺寸不同的刀柄和刀具,尤其精度较高的孔,更是需要众多的专用镗刀。对于数控铣床来说,大量的刀具,频繁换刀使得工人的劳动量很大,即使是加工中心,必须是拥有足够数量的刀具,但频繁换刀又使得生产率降低。由于一把铣刀可以加工各种不同直径的孔,孔的铣削加工很方便,粗铣孔时先采用钻削加工以去除大部分的余量(有预钻孔时可省),再利用铣刀进行扩孔,由于铣刀在切削过程中会因为切削力的作用,存在“让刀”现象,形成“喇叭”口,所以传统的铣削方式只能用于孔的粗加工。先进的数控设备应用,孔加工的工艺产生了变化,以铣代钻、以铣代铰、以铣代镗应用而生,用铣刀精镗孔的方法如下:(1)铣削刀切削力的影响用铣刀精镗孔应最大限度地减小刀具的让刀现象,更好地保证孔上下尺寸的一致性,铣刀应采用螺旋式进刀方式,此时,刀具的主要切削刃是铣刀的端面切削刃,在切削过程中铣刀的受力方向为轴向,切削用主轴转速选择中、高转速,每层铣削深度很小,铣刀侧切削刃的背吃刀量即为很小的层降,因此铣刀的径向切削力很小,避免了刀具让刀现象,提高孔尺寸精度。应注意的是螺旋式下刀过程中,孔各点坐标计算起来,很复杂,采用自动编程则简单得多,现在广泛应用的软件如CAXA、UG、Mastercam都能完成此自动编程。(2)孔壁切削用量的确定是满足刚度要求的基础孔内壁表面粗糙度主要取决于机床、工艺系统的刚度,数控加工中心完全可以满足刚度要求,在这种情况下,合理选择切削用量就完全满足孔内壁表面粗糙度的要求。(3)铣削的切削用量大,以控制合理由于螺旋式加工必须让机床的X、Y、Z三轴联动方式下才能实现,X、Y、Z三轴的径向圆跳动误差对孔的圆度和圆柱度等形状公差都有影响,而镗孔加工时工作台不动,只有镗刀随主轴上下运动,孔的圆度和圆柱度等形状公差仅与机床主轴的径向圆跳动有关,用铣刀铣孔因原理误差的影响而达不到精镗孔的形状公差要求,但由于数控加工中心的应用,机床本身的精度高了,主轴的转速在中高速的状态时,合理选择铣削的切削用量,同样可以达到镗削的加工效果。由于大量减少了刀具的种类和数量,减少了换刀的时间,有效地提高生产效率。2.3孔加工和切削对于尺寸和形状位置公差要求很高的孔还是要采用镗削工艺,精镗孔能够获得尺寸公差等级IT6以上,表面粗糙度值Ra为1μm,甚至更小的高质量高精度的孔。为保证孔的表面精度,加工时应采用以下方法:(1)尽可能选择大的镗刀直径和短的刀杆以增大刀具的刚度,选择锥形刀柄。使用高精度的夹头和防振刀具以提高刀具的抗振能力。减小镗刀的刀尖半径,使用锋利切削刀片;(2)设置合理的切削参数,提高或降低进给速度,径向切削深度≤0.1mm/齿;(3)合理选择切削液的种类和工作压力,一般选择乳化液作为切削液,工作压力可