數(shù)控銑床上孔的加工方法
2021-9-3 來源： 南京技師學院 作者：王 剛
摘要：在機械零件中，孔是較為常見的，其加工也是不可少的。傳統(tǒng)鉆孔加工存在諸多問題，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行的，通過以銑代鉆、螺旋銑孔、插銑代鉸等方式提高產(chǎn)品加工精度。文章針對數(shù)控銑床孔系加工的問題進行了探討，并提出了針對性的優(yōu)化措施，以期確?？准庸べ|(zhì)量，為其他從業(yè)者提供參考。
關鍵詞：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，有力推動了制造業(yè)的發(fā)展，對數(shù)控加工技術提出了更高的要求。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)濟成本的情況下完成生產(chǎn)任務。通常情況下，機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，因此在實際運用過程中會伴隨一定的誤差，這是人的工作經(jīng)驗和能力差異導致的。數(shù)控機床加工和傳統(tǒng)機床的使用有所區(qū)別，不但要考慮傳統(tǒng)機床加工中存在的以上因素，還不能忽略編程的合理性。同時，數(shù)控加工在技術選擇方面也存在靈活多變的優(yōu)勢，需要結合
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，選擇最合適的加工方法和對象，就成了企業(yè)管理人員面臨的重要問題。
1 、數(shù)控銑床上孔加工的影響因素
1.1 機床自身精度和工藝
數(shù)控機床的生產(chǎn)過程中存在精度誤差的重要原因在于機床本身有導軌誤差、工作誤差和夾具誤差等，這些因素會使數(shù)控機床加工無法達到預期效果。此外，在生產(chǎn)實踐中，數(shù)控機床生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間存在順序區(qū)別，導致固定時間內(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?？傊藱C床本身精度問題，工序的合理安排、技藝的有效選擇、零件要求的結合等多個方面的因素都關系數(shù)控銑床孔加工的實際效果 [1]。
1.2 孔加工時刀具的效果
1）孔加工屬于零件內(nèi)表面的加工，適用的刀具離不開鉆頭、鉸刀等，而這一類刀具只要長時間使用必然會有磨損，刀具本身的形狀和尺寸經(jīng)過磨損后產(chǎn)生形變，也就會對加工孔的生產(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，在銑床機體固定的情況下，切削速度只能維持在一定水平上，無法進一步加快。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，就需要使用針對性的裝置，那么這一類刀具的性能就需要滿足高速切削的需求，確保加工質(zhì)量達標。3）刀具的選擇有許多要求，一方面，刀具要達到切削速度，從而滿足進度需求；另一方面，刀具的結構本身受孔直徑與長度的限制，并不是任意刀具都可以被用于不同直徑孔的加工。4）加工過程中，在機械設備帶動下，軸向力的作用會讓刀具出現(xiàn)歪曲變形與振動，如果刀具本身剛性不足，就會影響加工精度 [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，冷卻液也不好進入加工區(qū)域，導致散熱條件較差，該區(qū)域溫度較高，因此對刀具的耐熱性、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張，再鏜孔，從而保證加工孔的精度。這一加工方式無論是加工效率、勞動強度，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)過程中使用的鉆孔剛性不足，在長時間使用后，受扭矩和軸向力等因素的影響，會產(chǎn)生孔徑超差、孔壁粗糙、孔位偏等一系列問題，導致孔的加工質(zhì)量會大打折扣 [3]。
在生產(chǎn)工具大幅度改善的背景下，現(xiàn)代技術快速發(fā)展，數(shù)控機床的應用直接淘汰了傳統(tǒng)機床，也引起了傳統(tǒng)加工孔方式的革新，通過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題嚴重影響了孔的加工效果，為了解決鉆孔精度不足的問題，確?？准庸ひ筮_標，以銑代鉆應運而生。
2.2 螺旋銑孔
螺旋銑孔由自轉和公轉兩個運動結合而成，自轉指的是機器主軸的自轉，公轉指的是主軸繞孔中心的運動，二者復合運動，刀具的中心軌跡不呈直線，這樣就能避免軸向力，螺旋線的刀具運動軌跡實現(xiàn)了既徑向進給又軸向進給的多方式加工，包括斜面、型槽等 [4]。
螺旋銑孔的優(yōu)勢如下：1）銑刀的側刃并非持續(xù)進行切削加工，不會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，降低了加工時的溫度，有利于延長刀具的使用時間，加強其耐用性。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)生孔徑過大、鉆歪等問題，既無法保證加工精度，又無法確保刀具的耐用性。在轉動過程中由于軸向力過大，刀具容易擺動。隨著轉動的推進，鉆頭的旋轉軸線和主軸的旋轉軸線之間會偏離一個角度 α，導致鉆頭尾部和軸線位置出現(xiàn)偏差，鉆頭自轉附帶公轉的過程中就會出現(xiàn)一個附加角度，導致原本應該重合的鉆頭幾何軸線、旋轉軸線以及主軸旋轉軸線出現(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，無論是偏離角度 α 還是附加角度，都會受插銑式加工方法的影響而變少。尤其是孔徑小、切屑要求高的銷孔類加工，可以先用鉆孔、再用鉸刀進行加工，最后使合金銑刀通過插銑方式實現(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 提高工藝設計人員和操作人員的水平
數(shù)控銑床孔加工質(zhì)量的保證離不開工藝的選擇，而工藝水平與設計人員和實際操作人員的專業(yè)水平息息相關。工藝設計人員不僅要有過硬的專業(yè)素質(zhì)和水平，還應當重視基礎，能按照不同零件類型對其進行分解，進而準確得出零件的相關信息，從而結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，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影響生產(chǎn)質(zhì)量，要結合這些因素歸并數(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]。操作者的水平除了依賴其自身的學習和實踐，還需要企業(yè)按期對其進行培訓并完成考核，實行科學的獎懲機制。
3.2 優(yōu)化工藝路線
零件的工藝路線是工藝設計的重要構成內(nèi)容，直接關系機床的使用率、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，實現(xiàn)工序集中、路線最短和所花費輔助時間最短的目標，從而達到生產(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，有時需要運用不同的刀具提升其精度，延長機床工作臺的回轉時間，因此工序應按照刀具類型進行劃分，在同一把刀具加工完成所有任務后再進行更換是最好的。對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
孔系加工的動作順序有鮮明的特征，像鉆孔、鏜孔等動作是由空位平面定位到切削到進給再到退回等多運動復合組成的，如果需要對零件上的多個孔進行加工，那就是完成多次相同順序的動作。從編程的角度說，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，簡化程序，提高生產(chǎn)效率。
4 、結束語
數(shù)控機床上孔的加工是當代工業(yè)零件加工常見的，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)勢在于軸向的穩(wěn)定性更好，同時直徑更小，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、層間易分層的問題，是確?？准庸べ|(zhì)量的重要加工方法。同時，數(shù)控機床在計算機系統(tǒng)的配合下，實現(xiàn)了超越人工的精度控制和自動化操作，在減少人力成本的同時，也有效地保障了機床加工產(chǎn)品的質(zhì)量。目前，數(shù)控機床的自動化、數(shù)字化、智能化水平較高，但依舊需要通過提高工作人員的專業(yè)能力和基本素質(zhì)提升生產(chǎn)效率。此外，相關設計人員要做好生產(chǎn)環(huán)節(jié)工序編制工作，企業(yè)的管理層要按期培訓操作人員，提高他們的專業(yè)化水平，以進一步提升機床孔加工質(zhì)量。
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