箱體孔加工鏜刀的選用與設(shè)計(jì)

箱體孔加工鏜刀的選用與設(shè)計(jì)

孔加工是在整個(gè)加工過程中最重要的因素之一，孔加工的質(zhì)量是決定機(jī)器精度和使用性的主要因素之一。箱體零件上的孔系多采用鏜削加工的工藝方法。正確合理地設(shè)計(jì)與應(yīng)用鏜削加工用的刀具是決定箱體孔加工質(zhì)量的重要因素。鏜刀是在鏜床上對尺寸精度、形狀精度、位置精度要求較高的孔和孔系進(jìn)行鏜削加工的主要刀具。下面從以下幾個(gè)方面詳細(xì)介紹鏜刀的選用與設(shè)計(jì)。1.斜角雙刀銑刀(1)單刃鏜刀是刀刃在單方向進(jìn)行切削的鏜刀。裝夾式單刃鏜刀是利用調(diào)整或換鏜刀頭來加工大小不同的孔,結(jié)構(gòu)如圖1所示。裝夾式可調(diào)鏜刀是利用試切法或?qū)Ｓ脤Φ秲x來調(diào)節(jié)尺寸的。鏜刀傾斜安裝在鏜桿中,傾斜角δ取15°、30°、45°。使鏜刀在鏜桿中有足夠的安裝長度,具有足夠的位置安放壓緊螺釘及調(diào)節(jié)釘。鏜刀尖安裝高于中心,使刀有較大的支承面,一般高于中心的量為孔徑1/20,但應(yīng)適當(dāng)加大制造前角(因裝刀高,使工作前角變小了)。鏜刀懸伸出鏜桿的尺寸L=(1-1.5)B(B為刀方尺寸)。鏜刀剛性不足時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng),此時(shí)宜加大主偏角,縮小刀尖圓角半徑,以減少徑向切削力,加大主后角減少摩擦,一般取κr=90°～95°,γo=0.2～0.3,αo=15°～12°,刃帶寬b=0.1～0.2mm。鏜桿直徑按下表選取:(2)固定直徑的雙刃鏜刀如圖2所示。它的切削刃是互相對稱的,其兩側(cè)的切削刃的對稱度取決于制造精度。刀具磨損后即失去原有的尺寸精度。圖2a所示雙刃鏜刀在加工時(shí),它的兩個(gè)對稱的端面刃參加切削,軸向切削力較大,而徑向切削力較小,且受力均勻,致使刀具的振動(dòng)和鏜桿的彎曲變形也較小,因而能較好地保證鏜孔的正確孔幾何形狀。由于采用了硬質(zhì)合金刀片,故可用較高的切削速度,可使鏜孔有較低的表面粗糙度值,主要用來加工通孔、臺(tái)階孔的粗鏜和半精鏜,或者鏜端面。其缺點(diǎn)是:刀尖強(qiáng)度較弱,在粗鏜和半精鏜時(shí),由于孔端面有凸凹不平、砂眼、氣孔、硬皮等鑄造缺陷,易將刀尖打壞,如果修磨后再使用,則尺寸變小了,可作他用(如鏜稍小孔或作斜角鏜刀)。圖2b所示斜角雙刃鏜刀,主偏角為70°～80°。它的切削刃較長,刀尖角大,刀尖強(qiáng)度較高,散熱條件好。加工時(shí),兩條切削刃逐漸進(jìn)給切入,故切削較平穩(wěn),可減少刀尖崩刃或打壞。斜角雙刃鏜刀主要用于加工通孔的粗鏜或孔端口倒角。切削時(shí),徑向切削力較大,易使鏜桿彎曲變形,影響孔的精度。圖2中所示的這種雙刃鏜刀在鏜桿上是用定心圓錐螺釘定位壓緊的,如圖3所示。在鏜刀體側(cè)面中間開有一個(gè)130°錐度V形槽(見圖2),將鏜刀裝入鏜刀桿上的矩形槽孔內(nèi),置于中間位置用定心圓錐螺釘?shù)腻F面定位,固定壓緊鏜刀在130°錐度V形槽上。單邊卡式雙刃鏜刀,如圖4所示,鏜刀體上有一臺(tái)肩,此臺(tái)肩緊靠于鏜桿矩形槽孔端面上,再用螺釘斜刀壓緊鏜刀。在鏜刀體矩形側(cè)面有傾斜12°的壓緊面,而在鏜桿矩形槽孔側(cè)面亦有傾斜12°的螺紋孔,以便擰入螺釘將鏜刀壓緊。(3)可調(diào)式雙刃鏜刀如圖5所示。圖5a所示結(jié)構(gòu)為小刀塊體下面帶有直槽齒紋,直接與鏜刀體上直槽齒紋嵌合。擰動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘,推動(dòng)斜塊,調(diào)整刀具達(dá)所需尺寸,然后用螺釘固定緊,則成一個(gè)整體雙刃鏜刀,再將其置入鏜桿壓緊即可。圖5b為類似的可調(diào)式雙刃鏜刀。(4)圖6所示為兩種常用倒角鏜刀。圖6a為單刃倒角鏜刀,主要用于孔徑倒角45°,便于浮動(dòng)鏜刀鏜孔時(shí),有良好導(dǎo)向與切削條件,避免了因孔徑端面凹凸不平、硬皮等鑄造缺陷而影響導(dǎo)向精度和損壞刀具刃口。經(jīng)倒角后的工件在向孔內(nèi)裝配零件時(shí),便于等邊孔徑,一般倒角1mm×45°。圖6b所示為雙刃單面倒角鏜刀,主要用于加工孔徑兩端倒角45°,特別兩孔大小相差較小,而且距離較近時(shí),倒角效率較高。(5)端面鏜刀,主要用于加工箱體零件上與孔徑有垂直度要求的端面和臺(tái)階孔端面,受力均勻,使刀桿不易彎曲。圖7a所示為雙刃端面鏜刀,圖7b為四刃端面鏜刃,主要用于加工孔徑前后都有垂直要求的端面,特別是兩孔徑端面大小相差較小,距離又較近的端面,效率更高。鏜刀切削部分的幾何參數(shù)的選擇:前角γo大時(shí),切削容易,但刀具刃部磨損快,外徑變小,刀尖強(qiáng)度降低,刀具容易引起振動(dòng),降低鏜孔精度和表面質(zhì)量。若前角γo為零或圓前角,雖然能提高刀尖強(qiáng)度或者保護(hù)刃口,但是切削阻力增大,切削溫度增高。因此應(yīng)根據(jù)工件材料和刀具結(jié)構(gòu),選取合理前角。一般取γo=6°～8°,工件材料較硬時(shí),可取γo=0°,或增加-2°倒棱,寬度1～1.5mm。在粗加工時(shí),特別是斷續(xù)切削,承受沖擊載荷,或?qū)τ杏捕鹊蔫T鍛件粗加工時(shí),為保證切削刃有足夠的強(qiáng)度,應(yīng)取較小的前角和圓倒棱。后角αo小時(shí),切削刃口強(qiáng)度較高,壽命也較高,在粗加工或工件材料較硬時(shí),宜選取較小的后角。但如果過小,在切削時(shí)會(huì)引起振動(dòng)和孔壁產(chǎn)生劇烈的摩擦、擠壓、甚至崩刀。但后角過大時(shí),刀具散熱差,切削強(qiáng)度降低,易磨損。所以,一般半精鏜時(shí)取γo=6°～8°,粗鏜時(shí)取γo=4°。主偏角κr,它的大小直接影響進(jìn)給方向的切削分力Fx和徑向分力Fy的分配比例。當(dāng)κr減小時(shí),徑向切削分力Fy將增大,容易使鏜桿彎曲,引起鏜桿振動(dòng),影響孔精度和表面質(zhì)量。在鏜鑄件或精鏜孔時(shí),常取κr=90°,鏜鋼件或粗鏜孔時(shí),取κr=60°或75°。刀尖圓角Ro,它的作用是提高刀具壽命和鏜孔表面質(zhì)量。Ro愈大,表面粗糙度值就愈小。但Ro增大,會(huì)使主切削力Fz和徑向切削分力Fy增大,而Fx減小,易使鏜桿彎曲變形,刀具產(chǎn)生振動(dòng),影響鏜孔精度和表面質(zhì)量。若Ro過小,會(huì)使刀尖強(qiáng)度降低,散熱條件變差。一般鏜刀刀尖圓角Ro=0.1～1mm。2.浮動(dòng)銑削的使用圖8所示為雙刃浮動(dòng)鏜刀。工作時(shí)裝在鏜桿的矩形槽孔中,不用夾緊,依靠作用在兩側(cè)切削刃上的切削力自動(dòng)平衡其切削位置即自動(dòng)定心。因此能自動(dòng)消除由于刀具安裝誤差和機(jī)床主軸偏差造成的工件孔徑加工誤差,能加工公差為IT6!IT7級的孔,加工鑄鐵時(shí),表面粗糙度值為Ra=0.2～0.8μm,鋼件為Ra=0.4～1.6μm。浮動(dòng)鏜刀的制造精度,各側(cè)面平行度,修光刃與止推面的垂直度、厚度H、寬度B的尺寸精度,都有很高要求。刀體凸肩與凹槽的配合間隙均不大于0.015mm。刀體材料用40Cr,刀片采用YG6(YT14),刀具切削部分幾何參數(shù)κr=1°30′～2°30′,αo=0°～2°,γo=6°～18°(加工鋼),γo=0°(加工鑄鐵)。浮動(dòng)鏜刀使用時(shí),通常將直徑調(diào)到孔徑下極限尺寸,鏜削后孔徑經(jīng)擴(kuò)大便能達(dá)到中間差。浮動(dòng)鏜刀不能校準(zhǔn)孔軸線歪斜與位置偏差,故要求預(yù)加工孔的直線度要高,表面粗糙度值不低Ra=3.2μm。鏜削用v=5!8m/min,f=0.5～1mm/r,ap=0.03～0.006mm(直徑上)。加工鋼件采用乳化液或機(jī)油,加工鑄鐵采用煤油或柴油。硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位式浮動(dòng)鏜刀,圖9所示是一種較為先進(jìn)的裝可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的浮動(dòng)鏜刀。由于采用了可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片,利用率較高,而且鏜刀直徑能方便地調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)螺母6在刀體5的凹槽中,螺母兩端內(nèi)螺紋旋向相反,與兩端的刀體5上的螺桿7接合,在刀體5上,裝有三邊形可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片2,刀片2由偏心銷1偏心夾緊。擰動(dòng)調(diào)節(jié)螺母6,可使刀體5移動(dòng),調(diào)節(jié)鏜刀直徑尺寸,刀體移動(dòng)時(shí)由導(dǎo)向鍵3控制。移動(dòng)到所需直徑尺寸后,擰緊螺釘4,將刀體5固定位。3.浮動(dòng)銑刀的安裝數(shù)控機(jī)床和加工中心適合加工幾何形狀復(fù)雜的零件,特別是有多個(gè)平面和孔系的箱體零件。(1)可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金雙刃鏜刀。裝硬質(zhì)合金轉(zhuǎn)位刀片的雙刃鏜刀結(jié)構(gòu)如圖10所示。兩個(gè)刀塊上分別裝有可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片,將刀塊組合安裝在刀座上,通過微調(diào)獲得所需直徑尺寸后,用壓塊壓緊刀塊。其柄部可根據(jù)機(jī)床的不同有多種形式。按使用要求,刀具主偏角可裝成90°或80°兩種,主要用于擴(kuò)孔、粗鏜孔。(2)圖11所示為用于加工中心的鏜刀桿和鏜刀頭。鏜刀頭裝在鏜刀桿上緊固后,按工藝程序放于加工中心刀庫中,通過機(jī)械手按指令可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。圖11a是裝鏜刀頭的鏜刀桿,主要用于粗加工,圖11b是裝有微調(diào)鏜刀頭的鏜刀桿,主要用于半精加工和精加工。微調(diào)鏜刀頭在鏜刀桿上的安裝形式有兩種,如圖12所示。圖12a為直角型,交角為90°,用于加工通孔。圖12b為傾斜型,交角為53°08′,用于鏜盲孔。因?yàn)?3°08′的正弦為0.8,刻度盤上分布40條刻線,鏜刀頭上螺桿螺距為0.5mm,則刻度盤每格值為0.01mm,即0.5/40×sin53°08′=0.01mm,刻度盤每轉(zhuǎn)一小格,鏜刀頭沿鏜桿徑向移動(dòng)0.01mm。直角型微調(diào)鏜刀,刻度盤上分布50條刻線,故每轉(zhuǎn)一格鏜刀頭沿鏜桿徑向移動(dòng)0.01mm。(3)在加工中心或數(shù)控機(jī)床上用鏜刀對箱體零件孔系進(jìn)行粗、半精加工、精加工能較好地保證孔的加工精度,但由于加工中心或數(shù)控中心多為懸臂式加工,此時(shí)鏜刀切削時(shí)是單向受力,鏜削時(shí)易引起振動(dòng),尤其是精鏜孔顯得更為嚴(yán)重。對長徑比較大的鏜刀桿,精加工應(yīng)避免使用,這時(shí)可使用加工中心浮動(dòng)鏜刀,如圖13所示。使用前,根據(jù)所加工孔尺寸及公差大小調(diào)節(jié)浮動(dòng)鏜刀的直徑尺寸。將浮動(dòng)鏜刀5插入刀柄6的長方孔中,在對刀儀上找正,兩切削刃對刀柄軸線的對稱度控制在0.02～0.004mm以內(nèi)。然后移動(dòng)定位塊4,使圓錐螺釘3的錐端對準(zhǔn)浮動(dòng)鏜刀體側(cè)面定位錐坑。擰緊螺釘1后再調(diào)整圓錐螺釘3,使浮動(dòng)鏜刀有0.04～0.06mm的浮動(dòng)量,調(diào)好后擰緊螺母2,這時(shí)浮動(dòng)鏜刀即可上加工中心使用了。由于該浮動(dòng)鏜刀兩對稱切削刃產(chǎn)生的切削力能自動(dòng)平衡,因此,鏜削過程中可自動(dòng)補(bǔ)償因刀具安裝誤差或由于刀桿徑向圓跳動(dòng)而引起的加工誤差,由于切削作用和擠壓作用的結(jié)果,加工孔的精度穩(wěn)定且消除了振源。這種浮動(dòng)鏜刀切削刃可采用平刃和圓弧刃兩種。平刃刀適合于加工鑄鐵件,圓弧刃刀適合于加工鋼件和有色金屬。在使用浮動(dòng)鏜刀前應(yīng)安排孔口倒角工步,以保證鏜刀兩切削刃同時(shí)進(jìn)入切削,免得因毛坯缺陷使鏜刀單向受力而破壞鏜孔精度。如果通孔后面有毛坯料單向肥大或有缺陷時(shí),應(yīng)事先安排反鏜孔倒角工步,或使鉸刀切削刃不進(jìn)入單向肥大或有缺陷區(qū),以免影響孔的母線直線度。4.提高刀具加工質(zhì)量,進(jìn)行自主研發(fā)、研究