机电加工中镗孔加工技术综述Word文档下载推荐.docx

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引言

近年来，数控刀具材料基础科研和新产品的成果集中应用在高速（超高速）、硬质（含耐热、难加工）、干式、精细（超精）数控机加工技术领域。

刀具材料新产品的研发在超硬材料（金刚石、表面改性涂层材料、Tic基类金属陶瓷、立方氮化硼、AL2O3、SI2N4（基类陶瓷），Ｗ、Cｏ类涂层和细颗粒（超细颗粒）硬质合金基体及含GO类粉末冶金高速钢等领域进展速度较快。

刀具表面改性涂层工艺技术对于大幅度提高数控刀具的切削性能，具有成本低、见效快的特点，该工艺技术可根据各种切削加工技术要求，机动灵活地变换涂层材料，工艺技术较优。

各厂商正在不断提高涂层工艺技术、改进涂层材料及开发纳米级多功能涂层材料，旨在不断提高涂层结合牢度、耐磨性、抗冲击韧性等。

正因为刀具的质量飞速的发展与不断的完善进而保证了镗孔中刀具的性能。

所以这里主要从工具技术的角度来分析加工中心的镗孔加工。

1.镗孔加工的概念

所谓镗孔加工就是指将工件上原有的孔进行扩大或精化。

它的特征是修正下孔的偏心、获得精确的孔的位置，取得高精度的圆度、圆柱度和表面光洁度。

所以，镗孔加工作为一种高精度加工法往往被使用在最后的工序上。

例如，各种机器的轴承孔以及各种发动机的箱体、箱盖的加工等。

与其它机械加工相比，镗孔加工属于一种较难的加工。

它只靠调节一枚刀片（或刀片座）要加工出H7、H6这样的微米级的孔。

以前，人们曾将从事这种加工的人称为“镗孔师”，以表示对这种有特别技能的人的尊敬。

但是，随着加工中心（Machiningcenter）的普及，现在的镗孔加工只需要进行编程、按扭操纵等。

正由于这样，就需要有更简单、更方便、更精密的刀具来保证产品的质量。

这里主要从工具技术的角度来分析加工中心的镗孔加工。

2.镗孔加工的特点

2.1工具转动

和车床加工不同，加工中心加工时由于工具转动，便不可能在加工中及时掌握刀尖的情况来调节进刀量等。

也不可能像数控车床那样可以只调节数控按扭就可以改变加工直径。

这便成了完全自动化加工的一个很大的障碍。

也正因为加工中心不具有自动加工直径调节机能（附有U轴机能的除外），就要求镗刀必须具有微调机构或自动补偿机能，特别是在精镗时根据公差要求有时必须在微米级调节。

另外，加工中心镗孔时由于切屑的流出方向在不断地改变，所以刀尖、工件的冷却以及切屑的排出都要比车床加工时难的多。

特别是用纵型加工中心进行钢的盲孔粗镗加工时，至今这个问题还没得到完全解决。

2.2颤振

镗孔加工时最常出现的、也是最令人头疼问题是颤振。

在加工中心上发生颤振的原因主要有以下几点

2.2.1工具系统的刚性：

包括刀柄、镗杆、镗头以及中间连接部分的刚性。

因为是悬臂加工所以特别是小孔、深孔及硬质工件的加工时，工具系统的刚性尤为重要。

2.2.2工具系统的动平衡：

相对于工具系统的转动轴心，工具自身如有一不平衡质量，在转动时因不平衡的离心力的作用而导致颤振的发生。

特别是在高速加工时工具的动平衡性所产生影响很大。

2.2.3工件自身或工件的固定刚性：

象一些较小、较薄的部件由于其自身的刚性不足，或由于工件形状等原因无法使用合理的治具进行充分的固定。

2.2.4刀片的刀尖形状：

刀片的前角、逃角、刀尖半径、断屑槽形状的不同所产生的切削抗力也不同。

2.2.5切削条件：

包括切削速度、进给、进刀量以及给油方式及种类等。

2.2.6机器的主轴系统等：

机器主轴自身的刚性、轴承及齿轮的性能以及主轴和刀柄之间的连接刚性。

3.镗刀的选择基准

3.1注意事项

在刀具门类中，孔加工刀具是一大家族，其小改小革层出不穷，在镗刀的发展中，单刃微调精密镗刀正被多刃扩（锪）孔刀、铰刀及复合（组合）孔加工专用数控刀具替代。

国外研制出采用工具系统内部推拉杆轴向运动或高速离心力带平衡滑块移动，一次走刀完成镗削球面（曲面）、斜面及反向走刀切削加工零件背面的数控智能精密镗刀，代表了镗刀发展方向。

但是在国内的大部分中、小型企业中仍然延续的传统的镗刀加工模式，也有不小的改善和发展，也取得了不小的成绩。

下面我门就来根据加工内容的不同镗刀来选择基准，一般来说，应注意系统本身的刚性、动平衡性、柔性、信赖性、操作方便性及寿命和成本。

3.2一体式与模块式

老的一体式镗刀主要用在量产品的生产线或专用机上，但实际上机器的规格有多种多样:

NT、MT、BT、IV、CV、DV等等。

即使规格一样，大小也有不同。

如BT有15、30、40、45、50、60等等。

即使规格、大小都一样，有可能拉钉形状、螺纹不一样，或者法兰面形状不一样。

这些都使得一体式镗刀在对应上遇到很大的困难。

特别是近些年来，市场结构、市场需要日新月异，产品周期日益缩短，这就要求加工机械以及加工工具具有更充分的柔性。

所以一体式镗刀大多数已从工场中消失。

模块式镗刀即是将镗刀分为：

基础柄、延长器、减径器、镗杆）、镗头、刀片座、刀片、（倒角环）等多个部分，然后根据具体的加工内容（粗镗、精镗；

孔的直径、深度、形状；

工件材料等等）进行自由组合。

这样不但大大地减少了刀柄的数量，降低了成本，也可以迅速对应各种加工要求，并延长刀具整体的寿命。

模块式镗刀最先出现在欧洲市场，大约20年前日本大昭和精机株式会社与瑞士KAISER公司进行技术合作，BIG-KAISER模块式镗刀首次出现在日本市场，并逐渐取代了一体式镗刀的地位。

如今日本的机械加工工场里80%以上都是使用的BIG-KAISER模块式镗刀。

4.各种各样的模块式镗刀

现在市场上存在着各种各样的模块式镗刀系统，它们的连接方式各有区别。

4.1BIG-KAISER方式

它只要靠一颗锥度为15°

的锥形螺丝来连接，固定时也只需要一支六角小扳手，操作非常方便。

由于螺孔与被连接体的锥孔间有一定的偏心，当旋紧螺丝时依靠锥面的作用，将旋紧力的绝大部分转化为轴向的拉力，使被连接的两部分贴紧，而保持径向位置不变。

固定螺丝用高剪断强度材料制成，可承受较大的扭矩，并且粗镗时设有加强拴。

4.2侧固式

显而已见，这种连接方式仅仅是达到固定的目的。

它的旋紧力的绝大部分都向着径向。

不但连接体的端面不能密接，径向位置也会发生变化。

4.3旋入式

虽然端面得到连接，但刀尖在圆周上的相位会发生变化。

4.4后部拉紧式

端面的连接和跳动都较好，但操作性很差。

4.5其它方式

侧面90°

两点固定方式；

侧面180°

两点倾斜固定方式；

ABS方式等等。

总而言之，模块式镗刀系统具有很大的优势，但并不是说只要是模块式就好。

必须从连接刚性、精度、操作性、价格等多方面来衡量。

另外在机械加工中要想保证镗孔的质量和加工路径规划与切削用量也有着紧密的联系，随着数控机床在生产实际中的广泛应用，量化生产线的形成，提高生产率就是我们的首要问题。

这就要求在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。

而且必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。

5.镗刀及选用

5-1单刃镗刀（a）通孔镗刀（b）阶梯孔镗刀（c）盲孔镗刀

1、调节螺钉2、紧固螺钉

加工中心用的镗刀，就其切削部分而言，与外圆车刀没有本质的区别，但在加工中心上进行镗孔通常是采用悬臂式的加工，因此要求镗刀有足够的刚性和较好的精度。

为适应不同的切削条件，镗刀有多种类型。

按镗刀的切削刃数量可分为单刃镗刀和双刃镗刀。

5.1单刃镗刀

大多数单刃镗刀制成可调结构。

图5-1a、b和c所示分别为用于镗削通孔、阶梯孔和盲孔的单刃镗刀，螺钉1用于调整尺寸，螺钉2起锁紧作用。

单刃镗刀刚性差，切削时易引起振动，所以镗刀的主偏角选得较大，以减少径向力。

上述结构通过镗刀移动来保证加工尺寸，调整麻烦，效率低，只能用于单件小批生产。

但单刃镗刀结构简单，适应性较广，因而应用广泛。

5-2双刃机夹镗刀

5.2双刃镗刀

简单的双刃镗刀就是镗刀的两端有一对对称的切削刃同时参与切削，其优点是可以消除径向力对镗杆的影响，可以用较大的切削用量，对刀杆刚度要求低，不易振动，所以切削效率高。

图5-2所示为近年来广泛使用的双刃机夹镗刀，其刀片更换方便，不需重磨，易于调整，对称切削镗孔的精度较高。

同时，与单刃镗刀相比，每转进给量可提高一倍左右，生产率高。

大直径的镗孔加工可选用可调双刃镗刀，其镗刀头部可作大范围的更换调整，最大镗孔直径可达1000mm。

5.3微调镗刀

加工中心常用图5-3所示的精镗微调镗刀。

这种镗刀的径向尺寸可以在一定范围内调整，其读数值可达0.01mm。

调整尺寸时，先松开拉紧螺钉，然后转动带刻度盘的调整螺母，待刀头调至所需尺寸，再拧紧螺钉。

此种镗刀的结构比较简单，精度较高，通用性强，刚性好。

5-3微调镗刀

6.改进技术

为了适应不断提高生产率的需要，镗孔刀具的设计也在不断创新改进。

近年来，镗孔刀具的技术改进主要体现在以下四个方面。

6.1采用数显读数屏的精密镗头

自数控（NC）技术见世以来，数字显示技术已在CNC机床和坐标测量机上大量应用。

此外，数显千分尺、数显卡尺等数显量具也已得到广泛使用。

但是，数显技术在精密螳刀上的应用却一直进展缓慢，其制约因素主要是键孔加工中使用的冷却液和锻头的高速旋转。

过去，在加工中心上进行镗孔加工时必须非常小心，尽量避免四处飞溅的冷却液进人锻头数显装置的电子元件中。

如今，采用内冷却设计的新型镗刀已能较好解决这一问题。

由于冷却液可通过刀具内部的通道直接到达切削部位，从而实现了冷却液与镗头数显装置的完全

隔离。

此外，新型数控镗刀的外部进行了良好密封，可有效防止冷却液与数显装置中的电子元件接触。

在高速镜削加工中，镜头的高速旋转。

离心力以及镗头本身的不平衡都可能引起较大振动，从而损坏灵敏的数显装置。

新型镗头通过采用一种内置平衡机构，可以在高速镗削时减小或消除有害的振动。

新型镗头的数宇显示屏可直接显示出镗刀滑块的位移量，而不必通过调整刀具螺杆的转动量来确定位移量。

由于锥杆直接安装在镗刀滑块上，因此镗头的数显读数值可真实反映出锤刀的位移量，而不会受到螺杆空程误差的影响。

数显镗头这一特点使其可以更快速、更精密地调整镗孔直径，并可实现对加工偏差或刀具磨损的误差补偿。

大多数镗刀都需要通过试切一测量操作来确定其设定尺寸，即首先对一小部分被加工孔进行试切镗削，然后测量其加工孔径。

通常，这就意味着需要将镗刀从机床卜卸下来，再安装到一台对刀仪上对镗刀尺寸进行微调修正，以获得正确的孔径尺寸。

由于在机床上安装镗刀时难以预测其刀尖偏差，因此需要采用试切一测量操作来须凋刀具。

如果采用易于读数的新型数显镗刀，则可能实现直接在机床主轴上对刀具镗孔直径进行微调。

即使因为机床主轴的进刀限制，必须将镗刀从机床上卸下来进行孔径尺寸凋整，新型数显镗刀的调刀过程也更快速、更精确。

6.2采用铝结构的镗刀体

铝的重量较轻，是制造刀体的常用材料。

随着当今CNC机床的加工速度越来越高，许多机床的重量也越来越轻，减轻刀具的重量就显得至关重要。

大部分数控机床的换刀机械手对刀具的重量都有一定限制。

采用铝结构的镗刀既可确保刀具重量不超过换刀机械手的限重标准，同时又能加工直径尺寸大于4’的孔。

镗刀重量的减轻可以减小机床主轴的误差，从而提高镗孔精度。

此外，镗刀的重量越轻，机床主轴本身的磨损和破坏也越小。

在数控机床上装卸大型、重型镗刀时，由于钢结构镗刀的重量往往超过了机床换刀机械手的限重标准，因此需采用手工装卸或利用高架起重臂进行吊装，既费时又费力。

如果采用重量较轻的铝结构镗刀，这一问题可迎刃而解。

铝结构镗刀在高拴切削时的平衡性能上也更具优势。

由于铝结构镗刀的非对称质量比传统的钢结构镗刀小得多，因此在用相同的制造工艺进行加工时，可以大大减少或消除刀具不平衡带来的问题。

铝结构镗刀的耐用性是人们始终关注的一个问题。

不过，通过在刀具表面涂覆氧化铝硬涂层，这一问题可以得到圆满解决。

采用一种特殊的酸性电解液氧化涂层工艺，可以将刀具表面的铝转化为氧化铝。

铝结构镗刀的表面硬涂层可以有效防止因切屑磨擦和腐蚀对刀具的损害。

由于精镗加工的切屑一般较为细碎，对刀体的撞击力也较小，切屑磨擦对刀具的影响有限。

因此，经过表面涂层处理的铝结构镗刀在精镗加工中具有良好的耐磨损性，但在耐冲击性方面则可能不如钢结构镗刀。

6.3具有粗、精镗功能的复合式镗刀

传统的锻孔加工通常需要经过从粗镗到精镗（有时精镗前还需进行半精镗）的多道工序才能完成，虽然这种多工序加工方式可保证加工的可靠性，但却相当耗费工时。

随着近净成形铸造技术尤其是铝模铸造技术的出现，工件毛坯质量得以提高，加工余量减小，多工序加工的必要性也随之减少甚至消除。

在许多情况下，孔的粗镗与精镗加工可以在同一台机床上完成，这样，对被加工孔的加工余量和偏心量的技术要求可以大幅度降低。

为此复合式镗刀的应用引起了广泛关注。

复合式镗刀将粗镗与精镗两种切削刃集成于同一把镗刀上，通过一次走刀操作即可完成孔的全部镗削加工。

精镗切削刀片装夹在一个可凋刀夹上，刀夹位置可利用精密螺杆和传统的游标刻度进行调节。

复合式加工必须根据加工需要设定进给量，但由于省略了粗镗或半精镗工序，因此可大幅度提高生产率。

6.4适合高速切削的自平衡镗刀

人们很早就已认识到镗刀的平衡性能对于锋削加工质量的重要性。

在如今的高速切削条件下，镗刀的平衡问题显得比以往更为突出，即使是很小的刀具不平衡量都可能对被加工孔径的尺寸、表面光洁度、圆度以及刀具寿命造成很大影响。

此外，刀具的不平衡还可能引起切削振颤。

近年来，许多标准镗刀上都加装了平衡机构，这种机构通常由可移动的配重块组成，由于镗刀的不平衡状态主要是由加工孔径变化引起的，因此可以根据镗刀设定的加工孔径对刀具的配重迸行调节。

这种方法对于保持刀具平衡虽然有效，但却相当耗费工时。

此外这种平衡装置位于刀具外部，暴露于冷却液、切屑和油污中，很容易受到损坏。

内部安装有自平衡机构的新型铝刀则可较好解决这一问题。

当装夹刀片的可调刀夹向某一方向移动以调节孔径时，镜头内一个与之机械连接的平衡配重块则同时向相反方向移动，以保持镗刀的平衡。

该内置自平衡机构密封在镗头内，可与冷却液和切屑完全隔离。

自平衡镗刀可应用于现代CNC机床的高速加工，对于大多数加工任务，均可获得相当不错的刀具平衡效果。

如果某项加工任务对于刀具平衡的技术要求特别高，可将这种镗刀作为一个组件在高精密平衡机上进行平衡。

对于桥式镗刀（不管是铝结构还是钢结构），通常都是利用平衡配重块迸行手动平衡。

上述几项设计技术均有助于加工制造商大幅度地提高镗削加工生产率。

虽然这些技术创新还不能称为“革命性”的技术发展，但已足以对镗削加工的技术进步产生重大影响。

结论：

正确的刀具选择、安装与使用在机械加工中是制观重要的，他对提高生产效率与效益以及进一步研发新的刀具模式和加工技术是很关键的一步，在孔加工中数控刀具的创新成果往往会引起机加工观念上的巨大变革，再集成刀具材料及特种数控机床领域的创新科技成果，所产生的社会效益和经济效益也是巨大的。

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