文章:经验丰富的老机械师分享镗孔加工的奥秘,让镗孔加工不再难!

所有者:TerryWang(呢称); 发布时间:2020-04-29 14:20:32; 更新时间:2020-04-29 14:25:52

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简介:在金属切削加工中,孔加工占有很大的比重,各种孔加工刀具被广泛应用,如钻头、镗刀、铰刀以及丝锥等。点击阅读:浅孔、深孔及难加工材料孔加工工艺详解!那什么样的孔加工适合用镗刀,各种不同系列镗刀的加工特点又是什么,怎么样精准定位和选用镗刀?接下来小编为大家献上一篇实用性非常强的文章,这篇


编者按



在金属切削加工中,孔加工占有很大的比重,各种孔加工刀具被广泛应用,如钻头、镗刀、铰刀以及丝锥等。点击阅读:浅孔、深孔及难加工材料孔加工工艺详解!那什么样的孔加工适合用镗刀,各种不同系列镗刀的加工特点又是什么,怎么样精准定位和选用镗刀?接下来小编为大家献上一篇实用性非常强的文章,这篇文章的内容完全消化后,你就成为镗削专家了。



1
关于镗孔


镗孔是机械加工过程中最常见的加工方法之一,应用十分广泛。在机加工车间,镗削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的内径切削工艺,其应用范围一般从半粗加工到精加工。经验丰富的机械师、刀具制造商和工程师熟悉各种类型的镗孔刀具,经验丰富的工匠也熟悉制造镗孔刀具的无数方法,例如为难以触及的区域创建自制扩展以及制造Rube Goldberg型设备以消除颤振。


典型镗孔加工质量问题分析 ▼


镗削一般可在车床、镗床及加工中心上进行。镗削工序主要用于箱体、支架和机座等工件上的圆柱孔(见图1)、螺纹孔、端面和孔内沟槽的加工。当采用特殊附件时,也可加工内外球面、锥孔等。镗削加工可以获得高的精度和高的表面质量,1)对钢铁材料的镗孔精度一般可达IT9—IT7,表面粗糙度R a可达2.5—0.16μm。2)精密镗削孔的精度可达IT6~IT7,孔距误差不超过0.015mm,表面粗糙度R a可达0.8~1.6μm。



图1 镗削圆柱孔


镗孔加工最大的特点就是可以修正被加工孔的轴线偏移、歪斜等缺陷,保证孔的位置精度,同时还可以获得需要的孔径尺寸公差和表面粗糙度。镗刀是镗削刀具的一种,按其切削刃数量可分为单刃镗刀、双刃镗刀和三刃镗刀;按其加工工艺分为粗加工镗刀和精加工镗刀;按其加工表面可分为通孔镗刀、盲孔镗刀、阶梯孔镗刀和端面镗刀;按其结构可分为整体式、装配式和可调式镗刀。


2
镗刀的特点


1.单刃镗刀。该类镗刀可以校正原有孔轴线的偏斜或位置误差,是结构最简单的刀具之一,其使用和刃磨便利,常为装夹结构(见图2)。如图2a和图2b所示的镗刀分别用在车床上进行通孔和盲孔的加工。图2c、图2d、图2e、图2f所示的镗刀分别用在镗床上进行通孔和盲孔的加工,这些结构均适用于孔的粗、精加工。其镗杆能长时期使用,可节省制造镗杆的材料和工时。单刃镗刀还可以通过调节或调换镗刀头加工尺寸不同的孔径,但调整费时,精度不易控制,对工人操作技术要求高,而且仅有一个切削刃,所以切削效率低。


图2 单刃镗刀

a)、b)分别用于车床上镗通孔和盲孔

c)、d)、e)、f)分别用于镗床上镗通孔和盲孔


2.微调镗刀。如图3所示为适用于自动线、坐标镗床和数控机床上的微调镗刀,具有结构简单、制造容易、调节方便和精度高等特点。由拉紧螺钉和垫圈将调整螺母和镗刀头压紧在镗杆上,调节时,稍微松开拉紧螺钉,转动带刻度的调整螺母,就能使镗刀进行微调,然后旋紧拉紧螺钉。


图3 微调镗刀

1.垫圈 2.拉紧螺钉 3.镗刀杆 4.调整螺帽

5.刀片 6.镗刀头 7.导向链


3.浮动镗刀。


(1)浮动镗刀如图4所示,其特点如下。将浮动镗刀装入镗杆的方孔中,凭借自身两侧切削刃受到的切削力能自动平衡、定心其切削位置,因此不需夹紧,还能自动补偿由于镗刀安装误差、镗杆径向跳动或机床主轴偏差而造成的加工误差,因此能消除镗孔时径向力对镗杆的作用而产生的加工误差。


图4 浮动镗刀


(2)加工精度可达IT7~IT6。加工铸铁孔R a可达0.8~0.2μm,加工钢料孔Ra可达1.6~0.4μm。


(3)由于无法纠正孔的直线误差和位置误差,因而要求预制孔的直线性好,表面粗糙度值R a≤0.4μm。


(4)结构简单,刃磨方便,但操作费事,不能加工孔径太小的孔,而且对镗刀及镗杆的制造要求高,特别是加工镗杆上的方孔,其切削效率低于铰削。


4.机夹式深孔镗刀。该类镗刀在结构上具有深孔刀具的共性,既有导向块,又有排屑孔或进切削液孔。机夹式深孔镗刀又分为机夹可转位式深孔镗刀和机械夹固式深孔镗刀,二者结构相似,但刀片和刀垫的装夹不同。前者使用方便,后者刚性好。图5为机夹可转位硬质合金深孔镗刀。导向块由导向垫和硬质合金导向块焊接而成,用螺钉夹固在镗刀体上。通过螺钉将刀垫上的可转位刀片紧固在镗刀体上,转动调整螺钉,带动调整斜铁轴向移动,可调整镗刀的径向尺寸。


图5 机夹可转位硬质合金深孔镗刀

1.调整斜铁 2.刀垫 3.可转位刀片 4.导向块 

5.刀体 6.调整螺钉 7.刀垫压紧螺钉 8.导向块压紧螺钉



5.模块式镗刀。为了适应各种孔径和孔深的需要并减少镗刀的品种规格,设计了模块式镗刀。模块式镗刀(见图6)即是将镗刀分为:基础柄、延长器、减径器、镗杆、镗头、刀片座、刀片等多个部分,然后根据具体的加工内容进行自由组合。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。显而可见,模块式镗刀具有一体式镗刀无法比拟的优势。当然,这也需要模块式镗刀具有高的连接精度和高的连接刚性,以及高的重复精度和高度的信赖性。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。


图6 模块式镗刀



3
镗刀的选用


镗削刀具的选择步骤如表1所示。


表1 镗削刀具的选择步骤


一、粗镗刀的选用


粗镗刀以高的金属去除率为目的,主要功能是提高工作效率,因此粗镗刀要有高的强度。对于精度要求不高的孔,粗镗可以作为最终的工序。对于精度要求高的孔,粗镗可以切去毛坯孔的大部分余量,提高孔的尺寸精度、降低表面粗糙度值,为半精镗和精镗做好准备。如图7所示为粗镗加工中常用的刀具。


图7 粗镗加工刀具


1.多刃镗刀。为提高镗孔效率,在低到中等功率机床、非稳定工序或大直径加工中,建议选用双刃镗刀,其两切削刃事先可调整到被加工孔的尺寸。双刃镗刀加工精度可控制到IT9级。在中型和大型功率机床,建议使用三刃镗刀,其加工效率更高,镗削加工精度可达到IT9级。如图8、9所示分别为双刃和三刃镗刀。


图8 双刃镗刀


图9三刃镗刀


2.重载镗刀。对于大型、重载镗削作业,可选用如图10所示的大型、重载镗刀。此外还可选用带刀夹和可调整加长滑板的镗刀头,可装粗镗头。


图10 重载镗削刀具


3.阶梯镗刀。对余量较大的孔或需要加强切屑控制及偏心孔的加工时,可选用如图11所示的阶梯式镗刀。在刀座滑块与刀体之间加上不同厚度的刀垫,使得三个刀片分别加工不同直径、不同深度的三层台阶面。


图11 阶梯镗刀


4.可转位式深孔镗刀。当要加工直径在φ 30mm以上的深孔时,建议使用可转位深孔镗刀。其切削部分的几何角度选取如下。


(1)前角γ o、后角αo和副后角α o′的选取如表2所示。


表2 前角、后角和副后角的选择


(2)主偏角κ r、副偏角κ r′和刃倾角λ s。主偏角κ r一般取45°~65°为宜,背吃刀量大时,κ r取大值,反之取小值。副偏角κ r′一般取3°~5°,深孔镗刀可以不磨修光刃和刃带,刃倾角λ s一般取0°。


二、精镗刀的选用


1.单刃镗刀。当机床功率低而需要降低切削力、存在振动问题时,单刃镗刀是合适的选择。其能实现小公差、精确的圆度或理想的表面质量。


2.微调镗刀。在精镗加工中,为了使孔获得高的尺寸精度,要求镗刀能较方便而精确地调整尺寸。微调镗刀可以在机床上精确地调节镗孔尺寸。


3.浮动镗刀。单件、小批生产,加工直径较大的孔,选择浮动镗刀是比较合适的。


4.减振镗刀。当刀具悬伸为5倍刀具直径及以上时,振动通常是机床实现高生产效率的限制因素;从而只能降低切削速度、进给量和背吃刀量。这时建议使用减振镗刀(见图12),该刀具具有减振系统,可将振动减至最低,从而可以增加切削参数,同时实现更加可靠的无振动加工过程、小公差、理想的表面质量和显著提高的金属去除率。


图12 精加工用减振镗刀



4
问题与对策


(一)粗镗削过程中可能出现的问题,以及出现问题的原因与解决对策,如表3所示。


表3 粗镗过程可能出现的问题与对策

注:资料来源于山高样本与技术指南。


(二)精镗削过程中可能出现的问题,以及出现问题的原因与解决对策,如表4所示。


表4 精镗过程可能出现的问题与对策

注:资料来源于山高样本与技术指南。



5
镗孔加工方式、方法


镗孔加工方式


1)刀具旋转,工件作进给运动 

镗床主轴带动镗刀旋转,工作台带动工件作进给运动。


2)工件旋转,刀具作进给运动 

工艺特点:加工后孔的轴心线与工件的回转轴线一致,孔的圆度主要取决于机床主轴的回转精度,孔的轴向几何形状误差主要取决于刀具进给方向相对于工件回转轴线的位置精度。这种镗孔方式适于加工与外圆表面有同轴度要求的孔。


3) 刀具旋转并作进给运动 

采用这种镗孔方式镗孔,镗杆的悬伸长度是变化的,镗杆的受力变形也是变化的,靠近主轴箱处的孔径大,远离主轴箱处的孔径小,形成锥孔。此外,镗杆悬伸长度增大,主轴因自重引起的弯曲变形也增大,被加工孔轴线将产生相应的弯曲。这种镗孔方式只适于加工较短的孔。


镗孔加工方法


孔的镗削加工往往要经过粗镗、半精镗、精镗工序的过程。粗镗、半精镗、精镗工序的选择,决定于所镗孔的精度要求、工件的材质及工件的具体结构等因素。


1.粗镗。粗镗是圆柱孔镗削加工的重要工艺过程,它主要是对工件的毛坯孔( 铸、锻孔) 或对钻、扩后的孔进行预加工,为下一步半精镗、精镗加工达到要求奠定基础,并能及时发现毛坯的缺陷( 裂纹、夹砂、砂眼等) 。粗镗后一般留单边2~3 mm作为半精镗和精镗的余量。对于精密的箱体类工件,一般粗镗后还应安排回火或时效处理,以消除粗镗时所产生的内应力,最后再进行精镗。由于在粗镗中采用较大的切削用量,故在粗镗中产生的切削力大、切削温度高,刀具磨损严重。为了保证粗镗的生产率及一定的镗削精度,因此要求粗镗刀应有足够的强度,能承受较大的切削力,并有良好的抗冲击性能;粗镗要求镗刀有合适的几何角度,以减小切削力, 并有利于镗刀的散热。


2.半精镗。半精镗是精镗的预备工序,主要是解决粗镗时残留下来的余量不均部分。对精度要求高的孔,半精镗一般分两次进行:第一次主要是去掉粗镗时留下的余量不均匀的部分;第二次是镗削余下的余量,以提高孔的尺寸精度、形状精度及减小表面粗糙度。半精镗后一般留精镗余量为0.3 ~0.4 mm(单边) ,对精度要求不高的孔, 粗镗后可直接进行精镗,不必设半精镗工序。


3.精镗。精镗是在粗镗和半精镗的基础上,用较高的切削速度、较小的进给量,切去粗镗或半精镗留下的较少余量,准确地达到图纸规定的内孔表面。粗镗后应将夹紧压板松一下,再重新进行夹紧,以减少夹紧变形对加工精度的影响。通常精镗背吃刀量≤0.2mm,进给量≤0.1 mm/r 。


6
安装

镗刀的安装


1.刀杆伸出刀架处的长度应尽可能短,以增加刚性,避免因刀杆弯曲变形,而使孔产生锥形误差。

2.刀尖应略高于工件旋转中心,以减小振动和扎刀现象,防止镗刀下部碰坏孔壁,影响加工精度。

3.刀杆要装正,不能歪斜,以防止刀杆碰坏已加工表面。


工件的安装


1.铸孔或锻孔毛坯工件,装夹时一定要根据内外圆校正,既要保证内孔有加工余时,又要保证与非加工表面的相互位置要求。

2.装夹薄壁孔件,不能夹得太紧,否则,加工后的工件会产生变形,影响镗孔精度。对于精度要求较高的薄壁孔类零件,在粗加工之后,精加工之前,稍将卡爪放松,但夹紧力要大于切削力,再进行精加工。


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典型产品


业内不少企业有镗刀产品,像森泰英格、松德、号恩、山特维克可乐满、泰珂洛、伊斯卡、大昭和、肯纳等企业都有镗刀,今天主要介绍三家的镗刀产品。


1
肯纳:最新减振镗刀系统


肯纳金属公司为了解决振刀问题而推出的减振镗刀系统能够让所有工厂现场人员说,"我需要它"。这款新型镗削刀具系统采用肯纳金属公司目前最高效的防振装置,同时提供多种类型的可转位刀头和刀柄尺寸。无需进行任何的调节 - 只需打开产品包装,将其安装在刀塔上,然后开始进行镗削加工。


新型防振镗削刀具系统最为重要的一点在于其内部减振装置,实现镗杆的减振性能。无需担忧零部件的磨耗,也不用担心设置。肯纳采用多种改良技术,可以实现即插即用性能。将刀头精确安装在镗杆中心线上非常简便,只需将对角仪进行归零设置并将镗杆进行锁定即可。这样,大幅避免振刀的出现,不仅可以让工厂成为一个安静的工作场所,可以显著延长刀具使用寿命,对工件表面精度产生的积极作用。


此外,这些镗头本身也进行了简约设计,采用更短和更轻的设计,可提供更好的稳定性,确保镗杆有更好的性能。这些产品还具备内冷性能,可将高压冷却液精确引导至最需要冷却液的区域。这可以确保方便的切屑控制性能,以及切削部位的最佳冷却性能。


用户对其可换式刀头设计也会感到非常满意,在出现刀头破损的情况下,可以进行更换并且不会损坏镗杆自身。这些新型刀头在使用接头的情况下可以和肯纳旧型镗削系统很好地匹配,帮助客户节约加工成本。



2
大昭和斯玛特防振镗头


BIG大昭和跳出常规思维,创造性地将防振机构内置于镗头之中,与传统的刀柄内置防振单元的结构相比,防振单元距离刀尖更近,大幅度提升防振效果。


1.斯玛特防振SW粗镗头


高刚性的SW粗镗头和防振刀杆合为一体,高刚性与超强防振兼备,大幅提升防振性能,提高加工效率,可谓深孔粗镗的利器。


斯玛特防振SW粗镗头


 

2.斯玛特防振EWN精镗头  


将具有全球最高调节精度的精镗头和防振刀杆合为一体,高精度与超强防振完美结合,快速抑制振动的同时,大幅提高加工精度质量和加工效率。

斯玛特防振EWN精镗头



看视频,真实了解一下产品的风采。


视频资料,建议WiFi观看


3
松德阻尼减振镗刀系列


在镗孔加工中,经常会遇到因振动产生的问题,特别是在进行长悬伸加工时。振动会导致表面粗糙度较高、尺寸精度不够、生产率低下、刀片和机床磨损加剧以及噪音等一系列问题。如果选用阻尼减振镗刀,则这些问题可以迎刃而解。


松德的阻尼减振镗刀刀体内安装了一个减振系统,能有效的抑制刀具在切削过程中产生的振动,是深孔镗削的最佳选择。


VBR系列阻尼减振粗镗刀 


镗孔范围φ21-φ153,双刃可调,接口形式为E接口。基本结构为:镗刀主柄、阻尼减振粗镗刀体、粗镗刀座。镗刀柄与其它E接口模块式镗刀的刀柄通用,粗镗刀座与CBR粗镗刀的刀座通用。


1.VBF系列阻尼减振微调精镗刀


镗孔范围φ21-φ212,调整精度为φ0.01mm/格,借助游标,可进行φ0.001mm的微调,接口形式为E接口。基本结构为:镗刀主柄、阻尼减振精镗刀体、精镗刀夹。镗刀柄与其它E接口模块式镗刀的刀柄通用,精镗刀夹与NBF和CBF的刀夹是通用的。


当然,VBF阻尼减振精镗刀也可以通过反装精镗刀夹,来实现反精镗加工,加工范围φ30-φ212,但必须注意加工时刀具需要反转。


来看一段阻尼减振镗刀加工视频。


视频资料,建议WiFi观看


2.VLR桥式阻尼减振粗镗刀 


镗孔范围φ148-φ300,双刃可调。基本结构为:镗刀主柄、阻尼减振镗刀接杆、刀桥、滑块和刀座。镗刀柄与其它E接口模块式镗刀的刀柄通用,刀桥为高强度铝合金材质。


再来看一段阻尼减振镗刀加工视频,这个是10倍径的镗刀。


视频资料,建议WiFi观看


3.VLF桥式阻尼减振微调精镗刀


镗孔范围φ148-φ312,调整精度为φ0.01mm/格,借助游标,可进行φ0.001mm的微调。基本结构为:镗刀主柄、阻尼减振镗刀接杆、刀桥、滑块、精镗模块、精镗刀夹和配重块。镗刀主柄、阻尼减振镗刀接杆、刀桥与VLR桥式阻尼减振粗镗刀通用。



松德阻尼减振镗刀目前的标准系列是按6倍的长径比设计的,实际使用过程中可以通过增加接长杆或使用加长刀柄来增加镗孔深度,如果不能满足要求还可以非标定制,最大的镗孔深度可以达到镗杆直径的10倍。


最后,关于镗孔的加工场景,有发动机的曲轴孔、汽车缸体、燃气轮机的零件加工、飞机起落架加工、海底的石油和天然气开采设备阀体座槽的加工等,知道的金粉评论区分享一下~~


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☞来源:《数控刀具选用指南》、金属加工

金属加工

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