數控鑽床孔加工(gōng)技術(shù)發展動向

在機(jī)械零件(jiàn)加工(gōng)作(zuò)業中，孔加工(gōng)所占比例相(xiàng)當大(dà)，與高速銑削相(xiàng)類似的高速、鑽削加工(gōng)已提上議(yì)事(shì)日(rì)程，孔加工(gōng)對于促使零部件(jiàn)生(shēng)産公道化是的重要工(gōng)藝過程。近年(nián)來(lái)，零部件(jiàn)生(shēng)産大(dà)都(dōu)采用以CNC數控鑽床爲中心的生(shēng)産形态，進行孔加工(gōng)時，也大(dà)都(dōu)采用加工(gōng)中心、CNC電加工(gōng)數控鑽床等設備。無論哪個的孔加工(gōng)，實現和高速化都(dōu)是取得(de)用戶訂單的重要競争手段。

高速孔加工(gōng)所用加工(gōng)中心(MC)的條件(jiàn)

實現孔加工(gōng)高速化的先決條件(jiàn)是采用高速加工(gōng)中心，而數控鑽床的高速化滿足下列條件(jiàn)。

1.配備高速回轉主軸

鑽頭和立銑刀一樣帶有中心齒，由于中心齒四周有一種圓周速度，因此，切削速度向高速化發展時，主軸的轉速也實現高速化。特别是在使用小直徑鑽頭時，主軸的高速化更是的。今後，随着孔加工(gōng)高速化的進展，預計(jì)轉速達30000～100000r/min的主軸需求将不斷增多。同時，由于達到規定的高速回轉所需時間很短(duǎn)以及要求Z向(鑽頭切削方向)主軸伸出長度應控制在程度之内，因此，高速主軸的配置是實現高速孔加工(gōng)的條件(jiàn)。

2.可(kě)動部分(fēn)具有動作(zuò)靈敏的功能

主軸和工(gōng)作(zuò)台等可(kě)動部分(fēn)應盡可(kě)能減輕重量，以實現動作(zuò)化，這也是進行高速孔加工(gōng)具備的條件(jiàn)。1個孔的加工(gōng)時間隻需數秒鍾，因此，縮短(duǎn)孔與孔之間的工(gōng)具移動時間，這是實現切削的關鍵題目，解決此題目的途徑首先即爲可(kě)動部件(jiàn)的動作(zuò)靈活。例如(rú)，即便達到了的定位精度，但(dàn)如(rú)數控鑽床可(kě)動部分(fēn)的動作(zuò)不夠靈敏，也就(jiù)不可(kě)能滿足當前用戶提出的實現高速孔加工(gōng)的要求。通常是用加速度特性(G值)來(lái)判定數控鑽床可(kě)動部分(fēn)的性能，當G=0.8～1.5時，可(kě)判定該數控鑽床爲具有高度性能的加工(gōng)中心。

3.工(gōng)作(zuò)台與數控鑽床整體(tǐ)面積的比例應較小

作(zuò)爲加工(gōng)中心的用戶，他(tā)們希看(kàn)工(gōng)作(zuò)台及工(gōng)作(zuò)台以外的部分(fēn)所占空間應盡可(kě)能少一些。尤其是孔加工(gōng)這類加工(gōng)本錢較高而附加價值又較低的加工(gōng)，使用那種結構緊湊的加工(gōng)中心。如(rú)日(rì)本理(lǐ)化研究所試制的高速CNC銑床，其加工(gōng)範圍爲300mm2，數控鑽床本體(tǐ)所占面積950mm2，數控鑽床所占面積約爲可(kě)加工(gōng)工(gōng)件(jiàn)尺寸的三倍，整個結構相(xiàng)當緊湊。該銑床主軸轉速爲45000r/min，可(kě)進行高速切削。主軸爲XY方向移動式結構(工(gōng)作(zuò)台Z軸移動)，其加速度特性值G=1.5，表明該數控鑽床具有動作(zuò)功能。

4.主軸可(kě)直接供給冷(lěng)卻液

在鑽削過程中，加工(gōng)L/D(鑽頭直徑與孔深之比)在5以上的孔特别留意排屑題目，選用帶供油孔的鑽頭，以便進行穩定的加工(gōng)。采用由主軸中心供給冷(lěng)卻液的方式，對于更換卡具的鎖緊螺栓則方便。

5.具有孔加工(gōng)用CNC工(gōng)具插補功能

CNC切削的特點在于可(kě)以進行控制工(gōng)具軌迹的公道加工(gōng)，在對孔進行CNC切削加工(gōng)時，可(kě)采用螺旋切削、等高走刀、對切等工(gōng)具插補方式，具有這些功能的CNC控制系統均可(kě)在孔加工(gōng)中加以應用。

跨進高速鑽孔加工(gōng)新時期

長期以來(lái)都(dōu)是利用鑽頭進行孔、螺紋孔等通孔及螺栓孔等的加工(gōng)，最近，這類加工(gōng)已經向高速切削方向發展。

在孔加工(gōng)作(zuò)業中，目前仍大(dà)量使用高速鋼麻花鑽，但(dàn)各企業之間在孔加工(gōng)精度和加工(gōng)效率方面已逐漸拉開了差距。高速切削鑽頭的材料以陶瓷塗層硬質合金爲主，如(rú)MAZAK公司和森精機(jī)制作(zuò)所在加工(gōng)鑄鐵時，即采用了陶瓷塗層鑽頭。在加工(gōng)鋁合金等有色材料時，可(kě)采用金剛石塗層硬質合金鑽頭、DLC塗層硬質合金鑽頭或帶金剛石燒結體(tǐ)刀齒的鑽頭。總之，今後将會不斷出很多新型的高速切削鑽頭。

在各種塗層鑽頭中，陶瓷塗層硬質合金鑽頭特别重視、耐熱(rè)性及潤滑性，其塗層工(gōng)藝也采取多層塗覆方式，如(rú)利用TiAlN、TiN、TiCN等複合氮化物形成複合塗層結構。鑽頭的切削條件(jiàn)總的趨勢是高速化，随着被加工(gōng)材料的不同，切削速度已可(kě)分(fēn)别達到200～300m/min。

高速鑽頭切削是一種高速大(dà)進給量的發展趨勢，類似球頭立銑刀切削條件(jiàn)的發展趨勢。切削實踐表明，進步切削速度有利于切屑形态的公道化和加工(gōng)表面的粗糙度，預計(jì)今後仍将沿着高速切削的方向發展；進步進給量對斷屑排屑和延長刀具壽命非常有利，因此，今後也仍将沿着大(dà)進給的方向不斷發展。

目前，高速孔加工(gōng)大(dà)都(dōu)采用主軸帶供液孔的加工(gōng)中心，這種設備有利于進步鑽頭的切削速度。例如(rú)，用φ10mm塗層硬質合金鑽頭在S45C材料上加工(gōng)淺孔時，切削速度可(kě)達250m/min，進給速度可(kě)達1600mm/min(相(xiàng)當于0.2mm/r)，在此條件(jiàn)下，加工(gōng)1個孔隻需1秒鍾左右。日(rì)立精機(jī)公司、布拉薩産業公司均采用此條件(jiàn)進行淺孔加工(gōng)。布拉薩公司在此條件(jiàn)下，用金剛石塗層硬質合金鑽頭在鋁合金杆料上加工(gōng)小直徑孔時，1個孔隻需0.2～0.5秒鍾左右即可(kě)完成。預計(jì)，今後小直徑孔加工(gōng)将進進1秒鍾加工(gōng)1個孔的高速加工(gōng)時期。

高速切削對鑽頭壽命的影(yǐng)響因素甚多，諸如(rú)由于切削熱(rè)較高而引起刃部磨損，切削振動将導緻崩刃、切屑纏繞，甚至引起鑽頭折斷等。

爲了減少上述故障對鑽頭壽命的影(yǐng)響，可(kě)采取如(rú)下一些技術(shù)措施：

(1)選用優異，适宜于高速鑽削的刀具材料，例如(rú)塗層硬質合金等。

(2)選取适應高速切削的切削刃外形，如(rú)确定合适的鑽尖角和刃口倒棱等。通常鑽尖角可(kě)選爲130°～140°，這種角度可(kě)減小切削扭矩；另外，可(kě)采取十字形修磨等方式，使切削刃與被切削面的接觸面積盡可(kě)能減小。同時，應盡量進步柄部和切削刃部分(fēn)的振擺精度及凸緣部分(fēn)的高度精度。

(3)選用夾持剛性和振擺的夾具，同時應減輕夾具重量，以利于動作(zuò)化。例如(rú)，HSK刀柄的熱(rè)裝式結構就(jiù)是目前比較理(lǐ)想的夾持系統。

(4)高速鑽削時，爲了進步刃口冷(lěng)卻和排屑效果，可(kě)采用直接向切削刃供給冷(lěng)卻液的供液方式，以獲得(de)穩定的切削效果。冷(lěng)卻液中，除切削液外，還(hái)可(kě)添加少量植物油和空氣，形成混合的霧狀冷(lěng)卻劑。

可(kě)轉位鑽頭的發展動向

可(kě)轉位鑽頭是一種作(zuò)爲切削刃的刀片可(kě)更換的工(gōng)具，與普通鑽頭相(xiàng)比，其直徑較大(dà)，不過最近已出φ10mm的小型可(kě)轉位鑽頭。目前，可(kě)轉位鑽頭已系列化，幾乎可(kě)以涵蓋整體(tǐ)式鑽頭系列的各類産品。鑽頭刀片一般采用塗層硬質合金材料制作(zuò)，隻有少數産品采用燒結高速鋼、金剛石燒結體(tǐ)、CBN燒結體(tǐ)等材料。可(kě)轉位鑽頭通常隻有1個刀片，也可(kě)有兩個刀片，即分(fēn)别爲中心齒和外周齒。在進行大(dà)直徑孔加工(gōng)時，鑽頭可(kě)安裝2個以上的刀片。裝單個刀片的鑽頭與整體(tǐ)式鑽頭類似，爲三角外形，這樣可(kě)減小切削阻力；爲了便于切屑的分(fēn)斷，刀片均帶有斷屑槽。刀片夾緊方式因廠(chǎng)家而異，在多數情況下，均采用1個或幾個螺釘緊固刀片。當帶有2個以上刀片時，刀片外形和斷屑槽外形均各不相(xiàng)同。最近這一趨勢尤爲明顯。

可(kě)轉位鑽頭的初期，隻能加工(gōng)爲鑽頭直徑3倍左右的孔，目前已發展到可(kě)加工(gōng)5D～8D(D爲鑽頭直徑)的深孔。在加工(gōng)那些孔規格同一的零件(jiàn)時，使用可(kě)轉位鑽頭。例如(rú)，利用裝有多刀片的鑽頭，可(kě)同時對孔處進行倒棱和锪孔等作(zuò)業，這對進步孔加工(gōng)效率是極爲有利的。

CNC孔加工(gōng)技術(shù)

CNC切削是使切削加工(gōng)公道化的加工(gōng)方式，進行CNC孔加工(gōng)時，可(kě)采用具有多方向切削功能的立銑刀、螺旋切削插補及等高切進插補等方式，它要求選用盡可(kě)能少的刀具來(lái)對少量孔進行公道的加工(gōng)。近來(lái)，生(shēng)産中采用高速銑削方式進行孔加工(gōng)即爲此類加工(gōng)的應用實例。高速銑削具有下述特點：

(1)利用球頭立銑刀和螺旋插補的鑽頭，可(kě)進行镗削和倒棱加工(gōng)；

(2)球頭立銑刀配合螺旋插補法，可(kě)進行錐度孔的連續加工(gōng)；

(3)加工(gōng)螺紋用的立銑刀配合螺旋插補法，可(kě)進行各種螺紋孔加工(gōng)；

(4)立銑刀配合等高切進插補，可(kě)對孔進行半精加工(gōng)和精加工(gōng)。

總之，利用工(gōng)具插補功能，可(kě)對任意尺寸的孔進行加工(gōng)。尤其在采用高速銑削時，各刀齒所承受的負荷相(xiàng)對較輕，因而用同一把塗層硬質合金立銑刀，可(kě)對多種被加工(gōng)材料進行高速孔加工(gōng)。今後，這種加工(gōng)方式可(kě)看(kàn)進一步用于幹式切削。

高速孔加工(gōng)

除采用CNC切削方式對孔進行加工(gōng)外，還(hái)可(kě)采用镗削和鉸削等方式對孔進行加工(gōng)。随着加工(gōng)中心主軸的高速化，已可(kě)采用镗削工(gōng)具對孔進行高速加工(gōng)。據報道，目前在鋁合金材料上進行φ40mm左右的镗削加工(gōng)時，切削速度已可(kě)進步到1500m/min以上。在用CBN燒結體(tǐ)作(zuò)切削刃加工(gōng)鋼材、鑄鐵及鋼時，也可(kě)采用這樣的切削速度。預計(jì)，今後镗削加工(gōng)的高速化将會普及推廣。

爲了實現镗削加工(gōng)的高速化和化，留意刀齒振動對加工(gōng)表面粗糙度和工(gōng)具壽命的影(yǐng)響。爲了防止加工(gōng)精度和工(gōng)具壽命下降，所選用的加工(gōng)中心配備動平衡性能優異的主軸，所選镗削刀具也具有很高的動平衡特性。尤其是镗削工(gōng)具的刀齒部分(fēn)，應選擇适用于高速切削的幾何外形、刀具材料及裝卡方式。切削刃端部的R應較大(dà)，以利于進步加工(gōng)效率；在獲得(de)同等加工(gōng)表面粗糙度的條件(jiàn)下，應加大(dà)進給量。但(dàn)加大(dà)進給量應适可(kě)而止，否則将增大(dà)切削阻力，不利于進步加工(gōng)效率。切削刃帶應設置0.1mm以下的負倒棱，這樣可(kě)保持刀具壽命的穩定。

至于刀具材料，則視被加工(gōng)材料性質而有所不同。如(rú)加工(gōng)40HRC以下的鋼等材料時，可(kě)選用金屬陶瓷刀具，這種刀具在v=300m/min以上的高速切削條件(jiàn)下，可(kě)獲得(de)良好的加工(gōng)表面粗糙度與較長的刀具壽命。塗層硬質合金刀具則适用于對60HRC以下的鋼材等進行高速切削，刀具壽命非常穩定，但(dàn)切削速度稍低于金屬陶瓷刀具。

CBN燒結體(tǐ)刀具适用于加工(gōng)鋼、鑄鐵等材料，切削速度可(kě)達1000m/min以上，而且刀具壽命非常穩定。CBN刀齒的刃帶部分(fēn)應進行适當的倒棱處理(lǐ)，這種處理(lǐ)對進行穩定的高速切削和延長刀具壽命極爲有利。在對鋁合金等有色金屬及非金屬材料進行速切削時，可(kě)選用金剛石燒結體(tǐ)刀具，這種刀具切削穩定，刀具壽命也很長。應留意的是，使用金剛石刀具時，刀齒刃帶進行倒棱處理(lǐ)，這是切削穩定的重要條件(jiàn)。

在鉸削加工(gōng)方面，目前尚未見(jiàn)到高速、的新型刀具問(wèn)世，該的研究工(gōng)作(zuò)似乎處于停滞不前的狀态。高速鉸刀迄今仍被某些特定的用戶用來(lái)進行高速孔加工(gōng)。這種鉸刀帶有負前角，剛性高，斷屑效果好，在高速切削條件(jiàn)下，可(kě)進行穩定的孔加工(gōng)。該鉸刀的特點是，采用較大(dà)的負前角和奇數刀齒，其高速切削的速度是過往的鉸刀無法達到的，因此，可(kě)以說(shuō)此種設計(jì)對鉸刀的傳統概念進行了大(dà)膽的突破，是一種的鉸削刀具。

高速螺紋切削刀具

随着CNC切削的發展，目前已出一些相(xiàng)應的複合型刀具産品，如(rú)将鑽削和螺紋切削融爲一體(tǐ)的新型螺紋加工(gōng)刀具，鑽孔和螺紋切削在一個行程内完成。這種複合型刀具使螺紋孔加工(gōng)公道，加工(gōng)效率也大(dà)爲進步。

螺紋切削用的新型立銑刀采用了螺旋切削插補方式，該立銑刀可(kě)加工(gōng)M3以上的螺紋孔，排屑性能良好，可(kě)獲得(de)穩定的加工(gōng)效果。一般的絲錐也正在朝着高速切削和加工(gōng)鋼的方向發展，攻絲刀具的應用範圍正在不斷擴大(dà)。

絲錐實現高速切削的基本條件(jiàn)如(rú)下：

(1)應重視刀齒的切削功能，例如(rú)，選擇刀齒設計(jì)有後角的絲錐，切削效果比較理(lǐ)想；

(2)絲錐的夾持應選用剛性良好的夾具，如(rú)選用彈簧夾具、熱(rè)裝式夾具等。

(3)加工(gōng)中心等數控鑽床在切削回轉過程中，應具有很高的同步精度。

對于高速攻絲作(zuò)業，如(rú)能滿足攻絲刀具、工(gōng)具軌迹及切削條件(jiàn)、夾具及所用加工(gōng)中心的功能，即可(kě)實現穩定的螺紋切削加工(gōng)。

今後所要求的微細孔加工(gōng)技術(shù)

随着IT相(xiàng)關産業的發展，近年(nián)來(lái)，光(guāng)學和電子産業所用裝置的零部件(jiàn)産品的需求增長，這種增長刺激了微細外形及加工(gōng)技術(shù)的發展。其中，微細孔加工(gōng)技術(shù)的應用尤其引人(rén)注目。微細孔加工(gōng)早已在印刷電路(lù)闆等加工(gōng)中加以應用，包括鋼材在内的多種被加工(gōng)材料，均可(kě)用鑽頭進行小直徑加工(gōng)。例如(rú)，Dijet公司最近出一種新型麻花鑽，它将聚晶金剛石和硬質合金燒結成一個整體(tǐ)作(zuò)爲切削刃，這種鑽頭可(kě)對鋁合金、鎂合金、石墨和塑料等進行高速加工(gōng)，刀具壽命也大(dà)幅度延長。該鑽頭的螺旋角爲30°，直徑爲φ0.4mm，同時還(hái)生(shēng)産一種擠光(guāng)鑽頭，直徑爲φ0.88mm。這類鑽頭産品已系列化，的特點是加工(gōng)表面粗糙度的。

三菱綜合材料公司出一種金剛石塗層硬質合金鑽頭，直徑爲φ0.2～3.0mm。這種鑽頭在加工(gōng)鋁合金時，轉速可(kě)高達32000r/min，進給量爲0.09mm/r，進給速度爲3008mm/min，在此條件(jiàn)下，刀具壽命爲加工(gōng)30萬個孔。

在加工(gōng)工(gōng)件(jiàn)的鑽頭品種中，MMC神鋼工(gōng)具公司的鑽頭表現。用該公司的φ0.4mm鑽頭加工(gōng)SKD11材料(60HRC)時，可(kě)在轉速6000r/min、進給速度30mm/min條件(jiàn)下，進行長時間穩定的切削加工(gōng)。三菱綜合材料公司最近推出一種帶供油孔的小直徑鑽頭(φ2mm)，在切削速度60m/min、進給量0.02mm/r的條件(jiàn)下，加工(gōng)SUS630材料(長徑比爲L/D=6)的深孔，其刀具壽命爲加工(gōng)600個孔以上。

目前，小直徑孔加工(gōng)中，利用鑽頭切削的直徑可(kě)至φ50μm左右。小于φ50μm的孔則多采用電加工(gōng)來(lái)完成。爲了毛刺的産生(shēng)，很多研究者提出可(kě)采用超聲波振動切削的方式。目前，正在探索一種應用範圍廣而且工(gōng)藝公道的超聲波振動切削模式，其中包括研究數控鑽床的适應特性等内容。随着這些題目的順利解決，今後可(kě)看(kàn)地實現直徑更小、L/D值的微小深孔加工(gōng)，鑽削的速度會，加工(gōng)精度會。

近年(nián)來(lái)，随着高速銑削的出現，以銑削刀具爲中心的切削加工(gōng)正在進進高速化的加工(gōng)時期。目前，孔加工(gōng)的高速化明顯滞後于其他(tā)切削加工(gōng)。零件(jiàn)的生(shēng)産是制造業賴以生(shēng)存的重要條件(jiàn)，因而孔加工(gōng)技術(shù)不能成爲機(jī)械加工(gōng)的瓶頸工(gōng)藝，它沿着切削高速化的方向跟進，盡快(kuài)步進高速化的加工(gōng)行列。