采用立式加工中心进行孔加工是最普通的加工方法,但是当进行深孔加工时,则会遇到很大困难。不过,目前已经有许多有效的方法来解决这个难题。
目标在于精确地加工出这些孔,并达到良好的重复定位精度和表面精度以及良好的经济性。
成功的深孔加工中最重要的因素是对加工原理的理解。你必须了解当钻孔时在孔的内部所发生的一切,并知道如何应用这些知识来指导你采用最有效的技术方法。
深孔加工的优化编辑
解决深孔加工的三个主要问题:排出钻屑且不能损伤工件表面;采用冷却液来保持钻具与工件的冷却效果 ;以及使加工周期最小化。其它重要的因素包括加工精度,重复定位精度及表面粗糙度。通常来说,深孔是由孔的直径与深度的比例来定义的。习惯上将大于等于5:1的认为是深孔加工。 加工深孔时采用穿轴式高压冷却方式将钻屑冲刷到孔外。该技术 代替了周期退刀排屑,减少了潜在的破坏与刀具磨损,并提高了生产率。 钻屑必须足够小才能从钻槽中排出。长的带状钻屑可以破坏表面精度并造成过早的刀具磨损与断裂。冷却液必须到达刀具的顶端来保持钻具与工件的冷却,以及迫使钻屑从孔内排出。稳固的设备结构与良好的减震性能以及很小的轴向跳动是获取加工精度,重复定位精度及表面粗糙度所必需的。当然,合适的钻头几何形状可以使深孔加工更加高效。
控制钻屑的尺寸和形状
一些材料形成了细小的钻屑,且能够通过钻槽容易地排出。有些材料却形成长的带状钻屑。一种控制钻屑尺寸和形状的方法是采用特殊的加工周期。深孔加工与退刀相结合可以破碎钻屑,令其小的足以从钻槽排出,并且不会造成表面的损伤,可避免钻具的过早磨损。
一般来说,有两种深孔加工方法。一种采用均分退刀深度来达到最终的深度。另一种是不同的退刀深度,每次的深度逐步递减。 在一般的深孔加工中,钻头从孔内彻底退出。而采用穿轴式冷却方式中, 为达到较高生产效率,这些周期退刀排屑被取消。在快速横向移动中,冷却液流可以被切断。 大多数加工设备的控制系统提供了深孔加工的钻削加工,控制钻具钻入材料特定的距离后,从孔内完全退出,然后再钻入孔中。此类钻孔周期,当钻头退出时,钻屑在冷却液冲刷下会落入孔中。这种情况尤其会发生在钢料的加工中。当钻头再次进入后,它将撞击位于孔底部钻屑。钻屑在刀具的作用下开始旋转,将钻屑切断或熔化。在手动钻孔中,操作者能感觉到切屑阻碍钻头旋转,就停止加工来清理吹净钻屑。无论如何,这样的加工周期可以编写到程序中,在上次退刀排屑前暂停加工,以避免此类情况的发生。
在不同深度退刀加工循环的实例中,加工到1英寸使进行第一次退刀排屑,下一次退刀只再钻入0.5英寸深,接着再进0.25英寸深,而最后一次退刀排屑只比上一次退刀再进0.05英寸深。钻头在孔中钻的越深,减少退刀深度将有助于消除刀具周围钻屑的堆挤。钻的孔越深则冷却液进入也越困难,因此退刀既用于排出钻屑也可以让更多的冷却液流到钻具的顶部。
使用机床控制系统编写特殊的加工代码,可以得到特殊加工路径,在任何时候写入新的加工位置时,设备都能够自动运行。
退刀排屑并不只限于深孔加工,在每次退刀中,即使只有很小距离,它也能起到折断钻屑的作用,从而排除了钻屑落入孔内的问题。退刀排屑的时间决定了钻屑的长度,去除缠绕在刀具上的钻屑通常被称作“天使的头发”。这些钻屑会令冷却液随着它从孔内排出,使钻头上的热量聚集而引起刀具的过分磨损。这种情况最终将导致刀具彻底损坏。深孔加工与退刀排屑的缺点是花费了太多的时间来完成每个孔的加工。其时间将用在刀具的进刀与快速的退刀,再快速地退回和进刀。以一次退刀排屑的周期所需时间乘以被加工孔数再加上延误的时间。即使每个孔只增加几秒钟,钻孔效率也大大降低了。在工序多的产品加工中,这种低效率会成为严重制约。
让冷却液到达孔的底部
在深孔加工过程,需要解决问题还包括如何选用不同的冷却液输送方式。立式加工中心通常采用三种不同类型的冷却系统:自流式,低压穿轴式与高压穿轴式。采用自流式,到达刀具顶端的冷却液越来越少。最终几乎没有冷却液能到达底部,之后加工便在干燥的状态下进行,结果就是钻屑在钻槽内开始堆积,即便如此,仍可见到冷却液从孔的顶端漫出。事实上,孔的末端在干燥的状态下被加工,此时刀具的温度上升,并导致过早的磨损与断裂。
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