當鏜孔加工性能下降時,其原因可能是某種特定因素造成的,也可能是多種因素共同作用的結(jié)果。這些因素包括工件穩(wěn)定性、加工余量的大小、工具系統(tǒng)的剛性、刀片牌號和幾何形狀、切削速度和進給率與刀具性能的匹配性。當遇到加工循環(huán)時間過長、刀具壽命縮短或零件質(zhì)量變差等情況時,就應該對這些因素加以分析和甄別。
在特定的鏜孔加工中,某種因素的影響可能會比其他因素更顯著,但這些因素也可能彼此密切相關(guān)。改變其中一個因素可能意味著,為了獲得理想的結(jié)果,必須同時改變另一個因素。不過,在進行切削試驗時,不要一次改變兩個或更多個因素。
1.工件穩(wěn)定性
雖然加工中心和夾具通常并不是加工車間可能會首先考慮的因素,但如果在加工時,工件的狀態(tài)不穩(wěn)定,機床和夾具也可能會嚴重影響刀具的切削性能。
如果工件的夾持剛性得到保證,機床的大小和功率也會影響切削參數(shù)。雖然主軸錐孔為BT50、BT40和BT30的機床都可以使用同樣的粗鏜頭,但并非每種機床都能完成同樣的鏜削加工。對于鏜孔深度,情況也同樣如此。在BT50機床上,可以鏜削孔徑75mm、孔深250——300mm的孔,BT40機床利用加長鏜桿也能完成該尺寸范圍的加工,但是,任何小于40錐度的機床都不支持這種加工。
已磨損的機床主軸和不穩(wěn)定的夾具通常是無法改變但必須予以解決的因素。有時,這些因素可能會使一項加工任務完全失敗,但一般來說,改變刀片類型或切削參數(shù)將會提供一種解決方案。
2.加工余量
加工人員往往并不清楚應為鏜孔加工預留多大的余量。用戶可能對車削加工的切削速度/進給率以及所需加工余量更熟悉,但這些經(jīng)驗并不總是適用于鏜削。在使用鏜刀的粗鏜加工中,情況尤其如此。鉆頭直徑與工件最終孔徑非常接近(只留了0.5——0.75mm的鏜削余量)的情況并不鮮見,如此小的材料余量根本不夠鏜刀兩個刀片刀尖的吃刀量,這將導致發(fā)生顫振和刀具切削性能下降。如果沒有足夠的加工余量和寬松的直徑公差(正負萬分之一),用鏜刀(或拆除了其中一個刀片夾頭的鏜刀)進行加工效果更好。
另一方面,對于有型芯孔的零件,如果芯孔位置不正確,則可能有太多工件材料需要切除。即使芯孔直徑在典型的粗鏜余量標準范圍內(nèi),但偏芯可能會導致鏜刀在孔的一側(cè)的吃刀量大于刀片所能承受切屑負荷的情況。
3.刀具的組裝剛性
為一項加工任務選擇鏜刀時,通常是基于要求的鏜孔直徑和標稱深度,而很少考慮實際鏜孔深度和所需的額外懸伸量(如果需要的話)。例如,在某種鏜削加工中,鏜孔深度只有50mm,但刀具通過工件和(或)夾具到達被鏜孔可能需要200mm的懸伸長度。這與要求的鏜孔深度為250mm的鏜削加工截然不同。
為了最大限度地提高刀具剛性和使用范圍,模塊化鏜刀系統(tǒng)可以提供不限數(shù)量的模塊組合。在所需刀具長度較長的情況下,重要的是,首先選擇較大的鏜桿基本直徑,然后根據(jù)需要縮小鏜桿直徑,而不是在整個鏜桿長度上都采用相同的直徑尺寸。
對于空間有限的長懸伸鏜削,可考慮采用整體硬質(zhì)合金鏜桿(而不是采用多根加長桿)。這種配置可提供更高的剛性和更好的控制,但通常只限于直徑較小的鏜孔加工。
對于長懸伸鏜削,與只考慮標稱鏜孔長度和孔徑的刀具配置方案相比,采用較大的懸伸部連接尺寸,只在必要時減小刀具直徑的模塊化鏜削系統(tǒng)具有更好的剛性。
4.刀片牌號和幾何形狀
刀片是工件與刀具之間的關(guān)鍵接觸點。如果刀片與鏜削加工不匹配,即使鏜刀系統(tǒng)剛性極好,對鏜頭進行了精確平衡,可能也難以獲得理想的加工性能。
如果刀片幾何形狀無法保證切削的穩(wěn)定性,采用再好的刀片牌號也無濟于事。壓制幾何形狀的鏜刀片通常采用比較保守的斷屑臺,在穩(wěn)定的加工條件下可保持較長的使用壽命,但其徑向切深至少應為刀尖圓弧半徑的1/2。在一些條件嚴苛的鏜削加工中(如深孔或長懸伸鏜削、長切屑材料鏜削,或機床和/或夾具導致工件夾持不穩(wěn)),磨制幾何形狀的鏜刀片能夠更自由地進行切削。
對于特定的鏜孔加工,所用的刀片牌號和涂層在不斷升級換代。鏜削鋼制工件時,最常用的是金屬陶瓷和三層涂層硬質(zhì)合金牌號。涂層硬質(zhì)合金牌號也可用于鑄鐵的鏜削加工,如果加工條件穩(wěn)定,氮化硅陶瓷刀片和某些立方氮化硼(CBN)牌號也可用于鑄鐵鏜孔。鋁和其它有色金屬材料可用未涂層硬質(zhì)合金刀片進行鏜削加工,此類刀片通常具有大正角的磨制斷屑臺,以防止產(chǎn)生長條形切屑。對于這些材料的高速精鏜加工,具有聚晶金剛石(PCD)刀尖或涂層的刀片可能也是一種不錯的選擇。必須記住,切削穩(wěn)定性是延長刀片壽命的第一要求。
5.切削速度和進給率
在考慮了所有其他因素之后,還需要確定切削速度和進給率是否合適。這些切削參數(shù)對于獲得最佳自由切削條件至關(guān)重要。比較理想的鏜削狀態(tài)是采用很高的切削速度和比較適中的進給率,但這也可能會受到上述各種條件的限制。
在使用鏜刀的粗鏜加工中,一種常見的錯誤是簡單地將單點鏜削的進給率乘以2。這種計算方法通常并不正確:對于相同孔徑的鏜削加工,粗鏜刀的進給率可以達到精鏜刀的4倍,這是因為粗鏜刀可以采用更大的刀尖圓弧半徑。例如,如果精鏜刀的刀尖半徑為0.2mm或0.4mm,粗鏜刀片就可以采用0.8mm的刀尖半徑。刀尖圓弧半徑值翻倍,加上使用兩個刀片,其進給率可達到精鏜刀的4倍。
一般來說,粗鏜加工并不要求達到非常精細的表面光潔度,因此,可以采用剛性更好的鏜刀,以更高的切削速度進行加工。如果鏜刀的進給率太小,將會由于加工余量不合適而導致顫振。粗鏜刀用于較大負荷的鏜削加工,需要切除更多工件材料和采用更大的進給率。
加工人員有時難以確定精鏜加工合適的表面切削速度。優(yōu)化切削速度對于延長刀片壽命至關(guān)重要。如果以非常高的切削速度進行大負荷鏜削加工,將會產(chǎn)生大量切削熱,縮短刀片壽命。而減輕切屑負荷可以降低切削溫度,從而使鏜刀片能以更高的表面進給率進行加工。