正确选择孔加工策略
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大多数人都同意,目前钻削仍然是在各种工件材料上大批量加工孔最常用的加工方法。当然,对于每一特定尺寸的孔,就需要一种其直径与被加工孔径相差不到千分之几英寸的钻头。这就意味着,为了加工各种不同尺寸的孔,加工车间必须预备大量钻头。
当被加工的孔径较大,如大于1½"(38.1mm)时,对孔加工机床的功率和稳定性要求就变得十分重要。还有一个必须考虑的因素:是需要高效率加工大量的孔,还是仅仅需要加工少量的孔。此外,机床的加工能力和适用刀具的供货能力也是加工车间必须考虑的重要问题。
瓦尔特美国公司的产品经理Patrick Nehls指出:“在钻削孔径44.45mm以下的孔时,采用可转位钻头将非常经济和高效,但超过这一尺寸的孔则很少采用可转位钻头加工,甚至很少采用钻削方式加工。”
在确定采用何种孔加工策略时,山特维克可乐满公司建议考虑以下5个要素:①孔径、孔深、公差、表面光洁度和孔的结构;②工件的结构特点,包括夹持的稳定性、悬伸量和回转性;③机床的功率、转速、冷却液系统和稳定性;④加工批量(10个孔或上百万个孔);⑤加工成本。
一旦确定了需要加工的孔径和孔深,接下来的问题就是完成这些孔加工所需要的机床加工能力和刀具供货能力,这取决于加工车间拥有机床的刀库和自动换刀装置,以及刀具制造商提供的适用刀具。
本文讨论的孔加工范围不包括采用套料钻加工3"~6"(76.2~152.4mm)的大直径孔(如用枪钻加工深孔)以及镗孔加工。除非另有说明,假定孔深一般不超过5倍孔径(5D)。
可钻削加工孔的尺寸上限取决于机床驱动钻头钻入工件材料所需要的功率和稳定性。山特维克可乐满公司的旋转刀具产品经理Bruce Carter解释说:“钻削加工的限制一般取决于机床加工能力,包括机床的尺寸、功率、安装、进给力和扭矩。例如,在考虑机床功率时,确定机床所能提供的整个马力和扭矩范围是非常重要的。”
随着刀具技术、机床技术的发展以及可方便地实现固定路径编程,螺旋插补铣削(即螺旋铣削)、圆周插补铣削和插铣(即Z轴铣削)正成为制造商加工大直径孔和凹腔的有效选择。对于此类加工,钻削可能并非最佳加工方式。
  1. 螺旋插补铣削是用铣刀斜向铣入工件毛坯或已加工出的预孔,然后在作X/Y向圆周运动的同时沿Z轴螺旋向下铣削,以实现扩孔加工。
  2. 圆周插补铣削是铣刀围绕已加工预孔的外径或内径以全齿深进行走刀铣削,以实现扩孔加工。
  3. 插铣(或Z轴铣削)通过沿着工件的肩壁逐次进行插切,在粗铣出凹腔的同时加工(钻削)出一个新的孔。
“螺旋和圆周插补铣削能够利用有限的机床功率(如10马力[7.5kW]或15马力[11.2kW])加工出采用普通钻头或可转位钻头无法加工的大直径孔,”英格索尔刀具公司的产品经理Konrad Forman解释说,“为了钻削一个大直径孔,传统的加工方式是首先用一个较小直径的钻头钻孔,然后逐次换用更大直径的钻头扩大孔径。这就必须购置所需要的各种钻头,并要花费额外的时间更换钻头。而采用一把铣刀同时在X/Y/Z三轴方向进行螺旋斜坡铣削,可以直接在无预孔的毛坯材料上加工出所需要的孔径尺寸。”Forman说,只要工艺运用得当,高效铣刀能够加工出圆度在0.0005"(0.013mm)以内并具有良好表面光洁度的孔。
螺旋插补铣削可以使用多种不同类型的标准铣刀,包括方肩铣刀、圆形纽扣铣刀、高进给铣刀、螺旋铣刀等。
大多数现代数控机床都有用于螺旋插补加工的固定循环。在三轴加工机床中,这种固定循环可以完成X、Y、Z三个轴的快速编程。此外,CAM软件程序中甚至包括了插补加工所需要的更复杂算法。
“只要用户使用的不是老式的CAM软件包或数控系统,他们就能很容易地生成螺旋刀位轨迹或圆周刀位轨迹。”英格索尔刀具公司的产品经理William Fiorenza说,“在刀具和模具制造行业,大约60%的数控加工程序是由专业程序员离线编制的,他们能编写出加工效率最高并可实现的刀具轨迹;而另外40%的加工程序则是由训练有素的机械工艺师编写的。”
伊斯卡公司国内培训经理Michael Gadzinski指出,在螺旋和圆周插补加工中,刀片的切削长度和终端用户希望保持的尺寸公差是需要考虑的关键因素。“可以使用整体硬质合金立铣刀,但通常仅限于加工浅孔,因为刀具夹持问题可能会限制插补加工的深度。深孔通常是采用可转位硬质合金立铣刀或面铣刀进行加工,以获得更好的表面光洁度和更干净、更平直的孔壁。”Gadzinski说。
插铣加工的出现已有相当长的时间,而现在正变得日益流行。“插铣加工受到欢迎的一个原因是现在的机床技术和人机对话式编程使终端用户能够更容易地设定插铣步距,而无需对全部加工G码进行手工编程。”Gadzinski解释说。近来,刀具制造商已开始集中力量设计开发具有最佳插铣功能的刀具。
在模具制造业,插铣已被公认为是一种粗铣模具型腔的高效加工方式。“人们发现,采用插铣进行粗加工能够缩短加工时间,优于通常采用的直线加工方式,”Gadzinski说。插铣后在工件上留
本文作者:张宪(编译)
原载:《工具展望》2007年第6期
上载于:2009-6-15 10:35:11

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