數(shù)控銑床上孔的加工方法
2020-12-31 來(lái)源： 南京技師學(xué)院 作者：王 剛
摘要：在機(jī)械零件中，孔是較為常見(jiàn)的，其加工也是不可少的。傳統(tǒng)鉆孔加工存在諸多問(wèn)題，為了保證孔加工的產(chǎn)品質(zhì)量，現(xiàn)階段最便利高效的孔加工一般都是在數(shù)控銑床或加工中心進(jìn)行的，通過(guò)以銑代鉆、螺旋銑孔、插銑代鉸等方式提高產(chǎn)品加工精度。文章針對(duì)數(shù)控銑床孔系加工的問(wèn)題進(jìn)行了探討，并提出了針對(duì)性的優(yōu)化措施，以期確保孔加工質(zhì)量，為其他從業(yè)者提供參考。
關(guān)鍵詞：數(shù)控；銑床；孔加工
科技發(fā)展日新月異，工業(yè)生產(chǎn)效率大幅度提升，有力推動(dòng)了制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。數(shù)控加工要穩(wěn)定保質(zhì)，就需要選擇科學(xué)合理的數(shù)控工藝，這樣一方面能保證產(chǎn)品滿足用戶需求，另一方面也能在消耗最低經(jīng)濟(jì)成本的情況下完成生產(chǎn)任務(wù)。通常情況下，機(jī)床零件的加工往往受多重因素的影響，包括生產(chǎn)工序、刀具的具體形狀、走刀路線、切削用量等，由于這些影響因素都是人為操控的，因此在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中會(huì)伴隨一定的誤差，這是人的工作經(jīng)驗(yàn)和能力差異導(dǎo)致的。數(shù)控機(jī)床加工和傳統(tǒng)機(jī)床的使用有所區(qū)別，不但要考慮傳統(tǒng)機(jī)床加工中存在的以上因素，還不能忽略編程的合理性。同時(shí)，數(shù)控加工在技術(shù)選擇方面也存在靈活多變的優(yōu)勢(shì)，需要結(jié)合加工零件的具體情況擇優(yōu)選擇。怎樣利用好數(shù)控加工的特點(diǎn)，選擇最合適的加工方法和對(duì)象，就成了企業(yè)管理人員面臨的重要問(wèn)題。
1、數(shù)控銑床上孔加工的影響因素
1.1 機(jī)床自身精度和工藝
數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)過(guò)程中存在精度誤差的重要原因在于機(jī)床本身有導(dǎo)軌誤差、工作誤差和夾具誤差等，這些因素會(huì)使數(shù)控機(jī)床加工無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。此外，在生產(chǎn)實(shí)踐中，數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間存在順序區(qū)別，導(dǎo)致固定時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的合格零件數(shù)量有所區(qū)別，不同工藝的成本也不盡相同。總之，除了機(jī)床本身精度問(wèn)題，工序的合理安排、技藝的有效選擇、零件要求的結(jié)合等多個(gè)方面的因素都關(guān)系數(shù)控銑床孔加工的實(shí)際效果。
1.2 孔加工時(shí)刀具的效果
1）孔加工屬于零件內(nèi)表面的加工，適用的刀具離不開(kāi)鉆頭、鉸刀等，而這一類(lèi)刀具只要長(zhǎng)時(shí)間使用必然會(huì)有磨損，刀具本身的形狀和尺寸經(jīng)過(guò)磨損后產(chǎn)生形變，也就會(huì)對(duì)加工孔的生產(chǎn)效果造成一定的影響。2）加工孔直徑的大小往往都有一定的限制，在銑床機(jī)體固定的情況下，切削速度只能維持在一定水平上，無(wú)法進(jìn)一步加快。孔越小，意味著加工難度越大，要求越精密。為了提升切削速度，就需要使用針對(duì)性的裝置，那么這一類(lèi)刀具的性能就需要滿足高速切削的需求，確保加工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。3）刀具的選擇有許多要求，一方面，刀具要達(dá)到切削速度，從而滿足進(jìn)度需求；另一方面，刀具的結(jié)構(gòu)本身受孔直徑與長(zhǎng)度的限制，并不是任意刀具都可以被用于不同直徑孔的加工。4）加工過(guò)程中，在機(jī)械設(shè)備帶動(dòng)下，軸向力的作用會(huì)讓刀具出現(xiàn)歪曲變形與振動(dòng)，如果刀具本身剛性不足，就會(huì)影響加工
精度[2]。5）孔加工是在半封閉的空間內(nèi)完成的，切下的屑不好排出，冷卻液也不好進(jìn)入加工區(qū)域，導(dǎo)致散熱條件較差，該區(qū)域溫度較高，因此對(duì)刀具的耐熱性、耐用度也有較高的要求。
2、數(shù)控銑床上孔加工工藝
傳統(tǒng)機(jī)床孔加工使用的方法是先鉆中心孔，然后用鉸孔將孔中心擴(kuò)張，再鏜孔，從而保證加工孔的精度。這一加工方式無(wú)論是加工效率、勞動(dòng)強(qiáng)度，還是生產(chǎn)成本都有太多的不足，已經(jīng)不適用于數(shù)控銑床的生產(chǎn)。加上生產(chǎn)過(guò)程中使用的鉆孔剛性不足，在長(zhǎng)時(shí)間使用后，受扭矩和軸向力等因素的影響，會(huì)產(chǎn)生孔徑超差、孔壁粗糙、孔位偏移等一系列問(wèn)題，導(dǎo)致孔的加工質(zhì)量會(huì)大打折扣[3]。在生產(chǎn)工具大幅度改善的背景下，現(xiàn)代技術(shù)快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用直接淘汰了傳統(tǒng)機(jī)床，也引起了傳統(tǒng)加工孔方式的革新，通過(guò)以銑床替代鉸刀的方式完成孔的加工能有效提高加工精度、保證孔的加工質(zhì)量。
2.1 以銑代鉆
在生產(chǎn)工具快速更新的背景下，鉆削加工中存在的問(wèn)題嚴(yán)重影響了孔的加工效果，為了解決鉆孔精度不足的問(wèn)題，確保孔加工要求達(dá)標(biāo)，以銑代鉆應(yīng)運(yùn)而生。
2.2 螺旋銑孔
螺旋銑孔由自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)結(jié)合而成，自轉(zhuǎn)指的是機(jī)器主軸的自轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)指的是主軸繞孔中心的運(yùn)動(dòng)，二者復(fù)合運(yùn)動(dòng)，刀具的中心軌跡不呈直線，這樣就能避免軸向力，螺旋線的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)了既徑向進(jìn)給又軸向進(jìn)給的多方式加工，包括斜面、型槽等[4]。螺旋銑孔的優(yōu)勢(shì)如下：1）銑刀的側(cè)刃并非持續(xù)進(jìn)行切削加工，不會(huì)始終保持刀刃和工件的接觸，讓切削區(qū)域得到了適度的休息，降低了加工時(shí)的溫度，有利于延長(zhǎng)刀具的使用時(shí)間，加強(qiáng)其耐用性。2）螺旋銑孔使用的刀具直徑比孔徑小，在切削的過(guò)程中可以確保只切屑而不傷及孔的表面，且有利于排出切削加工留下的殘屑[5]。3）銑刀本身的直徑較小，基本能滿足不同孔的加工需求，這樣就能直接持續(xù)加工，避免更換銑刀導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降。
2.3 插銑代替鉸孔
鉆削易產(chǎn)生孔徑過(guò)大、鉆歪等問(wèn)題，既無(wú)法保證加工精度，又無(wú)法確保刀具的耐用性。在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中由于軸向力過(guò)大，刀具容易擺動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)動(dòng)的推進(jìn)，鉆頭的旋轉(zhuǎn)軸線和主軸的旋轉(zhuǎn)軸線之間會(huì)偏離一個(gè)角度 α，導(dǎo)致鉆頭尾部和軸線位置出現(xiàn)偏差，鉆頭自轉(zhuǎn)附帶公轉(zhuǎn)的過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)附加角度，導(dǎo)致原本應(yīng)該重合的鉆頭幾何軸線、旋轉(zhuǎn)軸線以及主軸旋轉(zhuǎn)軸線出現(xiàn)偏離，最后的鉆孔效果呈現(xiàn)為孔徑超差。在使用銑刀加工時(shí)，無(wú)論是偏離角度 α 還是附加角度，都會(huì)受插銑式加工方法的影響而變少。尤其是孔徑小、切屑要求高的銷(xiāo)孔類(lèi)加工，可以先用鉆孔、再用鉸刀進(jìn)行加工，最后使合金銑刀通過(guò)插銑方式實(shí)現(xiàn)誤差的調(diào)整，以保障精度[6]。
3 、數(shù)控銑床上孔加工的優(yōu)化方法
3.1 提高工藝設(shè)計(jì)人員和操作人員的水平
數(shù)控銑床孔加工質(zhì)量的保證離不開(kāi)工藝的選擇，而工藝水平與設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員的專(zhuān)業(yè)水平息息相關(guān)。工藝設(shè)計(jì)人員不僅要有過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和水平，還應(yīng)當(dāng)重視基礎(chǔ)，能按照不同零件類(lèi)型對(duì)其進(jìn)行分解，進(jìn)而準(zhǔn)確得出零件的相關(guān)信息，從而結(jié)合工藝的選擇確定行之有效的孔系加工路線、加工刀具以及生產(chǎn)環(huán)節(jié)。同時(shí)，數(shù)控銑床的加工精度、裝夾方法以及換刀順序等因素也會(huì)影響生產(chǎn)質(zhì)量，要結(jié)合這些因素歸并數(shù)控加工工序、工步，從而確定刀具的具體參數(shù)。在上述步驟完成后，最后編制合理的加工程序[7]。操作者的平除了依賴其自身的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，還需要企業(yè)按期對(duì)其進(jìn)行培訓(xùn)并完成考核，實(shí)行科學(xué)的獎(jiǎng)懲機(jī)制。
3.2 優(yōu)化工藝路線
零件的工藝路線是工藝設(shè)計(jì)的重要構(gòu)成內(nèi)容，直接關(guān)系機(jī)床的使用率、加工精度等。為了保證銑床加工孔的精確度，要提升生產(chǎn)效率、優(yōu)化工藝路線，實(shí)現(xiàn)工序集中、路線最短和所花費(fèi)輔助時(shí)間最短的目標(biāo)，從而達(dá)到生產(chǎn)效率的最高化。工序集中主要表現(xiàn)在工件裝夾的次數(shù)上，從最優(yōu)解看就是一次定位加工多道工序，這樣能減少孔間距誤差的出現(xiàn)。從孔系加工需求看，有時(shí)需要運(yùn)用不同的刀具提升其精度，延長(zhǎng)機(jī)床工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)時(shí)間，因此工序應(yīng)按照刀具類(lèi)型進(jìn)行劃分，在同一把刀具加工完成所有任務(wù)后再進(jìn)行更換是最好的。對(duì)精度要求稍差的孔系，可以按照加工路線最短原則排列加工順序[8]。
3.3 優(yōu)化編程
孔系加工的動(dòng)作順序有鮮明的特征，像鉆孔、鏜孔等動(dòng)作是由空位平面定位到切削到進(jìn)給再到退回等多運(yùn)動(dòng)復(fù)合組成的，如果需要對(duì)零件上的多個(gè)孔進(jìn)行加工，那就是完成多次相同順序的動(dòng)作。從編程的角度說(shuō)，使用基本指令不僅麻煩，而且效率低下，為此，可以選擇孔加工固定循環(huán)功能指令完成編程工作，簡(jiǎn)化程序，提高生產(chǎn)效率。
4 、結(jié)束語(yǔ)
數(shù)控機(jī)床上孔的加工是當(dāng)代工業(yè)零件加工常見(jiàn)的，傳統(tǒng)的鉆孔方式極不穩(wěn)定，精度難以保證，也不利于維持刀具的耐用性，改用銑孔方式的優(yōu)勢(shì)在于軸向的穩(wěn)定性更好，同時(shí)直徑更小，不受孔徑大小限制，能一刀多用，往往不需要更換刀具，將其代替鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等，能防止經(jīng)常換刀，從而提升生產(chǎn)效率。此外，也有利于避免鉆削中難排屑、層間易分層的問(wèn)題，是確保孔加工質(zhì)量的重要加工方法。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的配合下，實(shí)現(xiàn)了超越人工的精度控制和自動(dòng)化操作，在減少人力成本的同時(shí)，也有效地保障了機(jī)床加工產(chǎn)品的質(zhì)量。目前，數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化水平較高，但依舊需要通過(guò)提高工作人員的專(zhuān)業(yè)能力和基本素質(zhì)提升生產(chǎn)效率。此外，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要做好生產(chǎn)環(huán)節(jié)工序編制工作，企業(yè)的管理層要按期培訓(xùn)操作人員，提高他們的專(zhuān)業(yè)化水平，以進(jìn)一步提升機(jī)床孔加工質(zhì)量。
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