1 以铣代钻加工孔的重要意义
在传统的孔加工中,一般的孔加工方法是钻中心孔—钻孔—扩孔(铰孔)—镗孔等方式才可满足孔的加工要求,对于在数控加工中心上的多孔加工,这种孔的加工方式势必会降低加工效率,加大劳动强度,提高加工成本,除此之外,由于钻头刚性差,扭矩和轴向力等方面的问题, 在加工过程中也容易出现孔径超差(图 2)、孔壁粗糙、孔位偏移、斜孔、钻头打滑或折断(图 1)等问题,无法保证孔的加工质量。为此,提出在某些孔类如孔径大小不一等场合以铣代钻,以铣代铰的方式进行加工,一定程度上解决了当下孔加工的一些难题,保证了孔的加工质量。
图 1 钻头折断 图 2 孔径偏大
2 数控加工中心上孔加工的策略
针对于钻削加工中存在的问题,提出几点在数控铣 床上孔的加工策略。
2.1 以铣代钻
螺旋铣孔的过程是由主轴的“自转”和主轴绕孔中心“公转”的 2 个运动复合而成,刀具的中心轨迹不再是直线而是螺旋线,加工过程中既有径向进给同时又有轴向进给(图 3),螺旋铣削可以实现斜面、型槽、孔加工等。
2.2 采用螺旋铣孔的优点
(1)螺旋铣孔时,铣刀的侧刃是断续进行切削加工 的,因此降低了刀刃与工件的接触时间,降低了切削区的温度,提高了刀具的使用寿命。
(2)易于排屑,由于使用的刀具直径小于孔径,在切 削过程中可以避免切屑对已加工表面的损伤。
(3)可以实现一把刀具加工不同大小的孔,节省换刀 时间和次数,降低加工准备时间和提高加工效率。
3 插铣代替铰孔
钻削过程之所以出现孔径偏大、钻歪等问题,主要是刀具在转动过程中容易出现摆动,钻头的旋转轴线与主轴的旋转轴线之间会偏离一个角度 α,钻头尾部和轴线位置也会发生了变化,这样钻头在进行自转的同时进行公转的过程中产生一个附加角度 △φ,导致钻头几何轴线、钻头旋转轴线和主轴旋转轴线不重合而引起的加工误差,致使孔径超差,而在采用铣刀加工方式时,其铣刀的偏离角度 α 和附加角度 △φ 较钻头会降低很多,因此采用插铣式的加工方法一定程度上提高了孔的尺寸公 差。特别是对于孔径小且表面质量要求高的销孔类,比如加工 φ6 +0.012 的销孔,粗糙度为 1.6 μm,采用先钻后铰的加工方式,铰出来的孔超差+0.003 mm,而改用合金铣刀采用插铣方式进行加工,则公差在可控范围之内。
3 交叉孔的加工
从图 4 的钻头受力平衡的角度来分析,当刀具在进行切削过程中,其受力是平衡的:其关系 F1+F4=F8+F10,F5=F6;如果钻交叉孔,在钻第二个孔时钻头因受力不平衡而 出现钻头打滑,导致钻出斜孔,如图 5 所示,若采用以铣代钻的方式进行加工,由于铣刀的切削刃在圆周上,轴向没有出现力不平衡的现象,因此就可以避免打刀、钻出斜孔的问题。
4 结语
铣孔比起钻孔在轴向的稳定性好,不受孔径大小的限制,可实现一刀多用,比如可以代替钻孔、扩孔、铰孔、 锪孔等,避免传统孔加工中频繁换刀的问题,同时也避免了钻削中难排屑、层间易分层的现象,是实现高效、低缺陷、高质量制孔的一种有效加工方式。
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