鏜孔刀具

鏜削加工通常被認(rèn)為是適合在各種不同尺寸和形狀工件上加工精密孔的理想加工方式。為了適應(yīng)不斷提高生產(chǎn)率的需要，鏜孔刀具的設(shè)計(jì)也在不斷創(chuàng)新改進(jìn)。選擇高精鏜孔刀具認(rèn)準(zhǔn)鈦浩機(jī)械，專(zhuān)業(yè)品質(zhì)保障，因?yàn)閷?zhuān)業(yè)，所以卓越！近年來(lái)，鏜孔刀具的技術(shù)改進(jìn)主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

（1）采用數(shù)顯讀數(shù)屏的精密鏜頭

自數(shù)控（NC）技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，數(shù)字顯示技術(shù)已在CNC機(jī)床和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上大量應(yīng)用。此外，數(shù)顯千分尺、數(shù)顯卡尺等數(shù)顯量具也已得到廣泛使用。但是，數(shù)顯技術(shù)在精密鏜刀上的應(yīng)用卻一直進(jìn)展緩慢，其制約因素主要是鏜孔加工中使用的冷卻液和鏜頭的高速旋轉(zhuǎn)。

過(guò)去，在加工中心上進(jìn)行鏜孔加工時(shí)必須非常小心，盡量避免四處飛濺的冷卻液進(jìn)入鏜頭數(shù)顯裝置的電子元件中。如今，采用內(nèi)冷卻設(shè)計(jì)的新型鏜刀已能較好解決這一問(wèn)題。由于冷卻液可通過(guò)刀具內(nèi)部的通道直接到達(dá)切削部位，從而實(shí)現(xiàn)了冷卻液與鏜頭數(shù)顯裝置的完全隔離。此外，新型數(shù)控鏜刀的外部進(jìn)行了良好密封，可有效防止冷卻液與數(shù)顯裝置中的電子元件接觸。

在高速鏜削加工中，鏜頭的高速旋轉(zhuǎn)、離心力以及鏜頭本身的不平衡都可能引起較大振動(dòng)，從而損壞靈敏的數(shù)顯裝置。新型鏜頭通過(guò)采用一種內(nèi)置平衡機(jī)構(gòu)，可以在高速鏜削時(shí)減小或消除有害的振動(dòng)。目前，帶數(shù)顯讀數(shù)屏的精密鏜頭已能夠用于轉(zhuǎn)速達(dá)16000r/min的高速鏜削加工。

新型鏜頭的數(shù)字顯示屏可直接顯示出鏜刀滑塊的位移量，而不必通過(guò)調(diào)刀螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)量來(lái)確定位移量。由于鏜桿直接安裝在鏜刀滑塊上，因此鏜頭的數(shù)顯讀數(shù)值可以真實(shí)反映出鏜刀的位移量，而不會(huì)受到螺桿空程誤差的影響。數(shù)顯鏜頭的這一特點(diǎn)使其可以更快速、更精密地調(diào)整鏜孔直徑，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)加工偏差或刀具磨損的誤差補(bǔ)償。

大多數(shù)鏜刀都需要通過(guò)試切－測(cè)量（cut-and-measure）操作來(lái)確定其設(shè)定尺寸，即首先對(duì)一小部分被加工孔進(jìn)行試切鏜削，然后測(cè)量其加工孔徑。通常，這就意味著需要將鏜刀從機(jī)床上卸下來(lái)，再安裝到一臺(tái)對(duì)刀儀上對(duì)鏜刀尺寸進(jìn)行微調(diào)修正，以獲得正確的孔徑尺寸。這種預(yù)調(diào)操作之所以必要，是因?yàn)橹苯釉跈C(jī)床上對(duì)普通鏜頭的游標(biāo)刻度盤(pán)進(jìn)行讀數(shù)和預(yù)調(diào)相當(dāng)困難，但是，這種操作方式可能造成鏜孔尺寸超差或損壞工件。

由于在機(jī)床上安裝鏜刀時(shí)難以預(yù)測(cè)其刀尖偏差，因此需要采用試切－測(cè)量操作來(lái)預(yù)調(diào)刀具。如果采用易于讀數(shù)的新型數(shù)顯鏜刀，則可能實(shí)現(xiàn)直接在機(jī)床主軸上對(duì)刀具鏜孔直徑進(jìn)行微調(diào)，其尺寸調(diào)整范圍可達(dá)0.0001″（0.00254mm）。即使因?yàn)闄C(jī)床主軸的進(jìn)刀限制，必須將鏜刀從機(jī)床上卸下來(lái)進(jìn)行孔徑尺寸調(diào)整，新型數(shù)顯鏜刀的調(diào)刀過(guò)程也更快速、更精確。

（2）采用鋁結(jié)構(gòu)的鏜刀體

鋁的重量較輕，是制造刀體的常用材料。隨著當(dāng)今CNC機(jī)床的加工速度越來(lái)越高，許多機(jī)床的重量也越來(lái)越輕，減輕刀具的重量就顯得至關(guān)重要。

大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的換刀機(jī)械手對(duì)刀具的重量都有一定限制。采用鋁結(jié)構(gòu)的鏜刀既可確保刀具重量不超過(guò)換刀機(jī)械手的限重標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)又能加工直徑尺寸大于4″（約100mm）的孔（一般來(lái)說(shuō)，加工孔徑小于4″的鏜刀，無(wú)論采用鋁結(jié)構(gòu)還是鋼結(jié)構(gòu)，其重量均不會(huì)超過(guò)換刀機(jī)械手的限重標(biāo)準(zhǔn)）。鏜刀重量的減輕可以減小機(jī)床主軸的誤差，從而提高鏜孔精度。此外，鏜刀的重量越輕，機(jī)床主軸本身的磨損和破壞也越小。

在數(shù)控機(jī)床上裝卸大型、重型鏜刀時(shí)，由于鋼結(jié)構(gòu)鏜刀的重量往往超過(guò)了機(jī)床換刀機(jī)械手的限重標(biāo)準(zhǔn)，因此不得不采用手工裝卸或利用高架起重臂進(jìn)行吊裝，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。如果采用重量較輕的鋁結(jié)構(gòu)鏜刀，這一問(wèn)題則可迎刃而解。例如，美國(guó)堪薩斯州一家工廠原來(lái)所用的加工孔徑14″（355.6mm）的鋼結(jié)構(gòu)鏜刀重約40磅，需要使用起重臂才能安裝到機(jī)床上，換用了一把同樣規(guī)格的鋁結(jié)構(gòu)鏜刀后，其重量還不到25磅，可利用換刀機(jī)械手自動(dòng)裝刀，從而大大提高了生產(chǎn)率。

鋁結(jié)構(gòu)鏜刀在高速切削時(shí)的平衡性能上也更具優(yōu)勢(shì)。由于鋁結(jié)構(gòu)鏜刀的非對(duì)稱(chēng)質(zhì)量比傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)鏜刀小得多，因此在用相同的制造工藝進(jìn)行加工時(shí)，可以大大減少或消除刀具不平衡帶來(lái)的問(wèn)題。

鋁結(jié)構(gòu)鏜刀的耐用性是人們始終關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。不過(guò)，通過(guò)在刀具表面涂覆氧化鋁硬涂層，這一問(wèn)題可以得到圓滿解決。采用一種特殊的酸性電解液氧化（acid-electrolyte oxidation）涂層工藝，可以將刀具表面的鋁轉(zhuǎn)化為氧化鋁，氧化層深度可達(dá)0.008″（約0.02mm），其表面硬度可達(dá)56HRC。

鋁結(jié)構(gòu)鏜刀的表面硬涂層可以有效防止因切屑磨擦和腐蝕對(duì)刀具的損害。由于精鏜加工的切屑一般較為細(xì)碎，對(duì)刀體的撞擊力也較小，切屑磨擦對(duì)刀具的影響有限。因此，經(jīng)過(guò)表面涂層處理的鋁結(jié)構(gòu)鏜刀在精鏜加工中具有良好的耐磨損性，但在耐沖擊性方面則可能不如鋼結(jié)構(gòu)鏜刀。

刀體表面涂覆了氧化鋁硬涂層的鋁結(jié)構(gòu)鏜刀，在易形成長(zhǎng)切屑或磨蝕性切屑的工件材料上粗鏜加工大孔徑（8.07″～40.1533″，205～1020mm）時(shí)也具有明顯的優(yōu)勢(shì)（小孔徑粗鏜刀通常采用鋼結(jié)構(gòu)），流暢的排屑（可減小切屑對(duì)刀具的沖擊和磨損）與刀具表面硬涂層相結(jié)合，可使刀具在粗鏜加工此類(lèi)材料時(shí)刀體不會(huì)過(guò)快磨損。

（3）具有粗、精鏜功能的復(fù)合式鏜刀

傳統(tǒng)的鏜孔加工通常需要經(jīng)過(guò)從粗鏜到精鏜（有時(shí)精鏜前還需進(jìn)行半精鏜）的多道工序才能完成，雖然這種多工序加工方式可保證加工的可靠性，但卻相當(dāng)耗費(fèi)工時(shí)。

隨著近凈成形鑄造（near-net-sharp castings）技術(shù)尤其是鋁模鑄造技術(shù)的出現(xiàn)，工件毛坯質(zhì)量提高，加工余量減小，多工序加工的必要性也隨之減少甚至消除。在許多情況下，孔的粗鏜與精鏜加工可以在同一臺(tái)機(jī)床上完成，這樣，對(duì)被加工孔的加工余量和偏心量的技術(shù)要求可以大幅度降低。為此，復(fù)合式鏜刀的應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。

復(fù)合式鏜刀將粗鏜與精鏜兩種切削刃集成于同一把鏜刀上，通過(guò)一次走刀操作即可完成孔的全部鏜削加工。首先由粗鏜切削刃切除大部分加工余量，然后由精鏜切削刃加工孔徑至要求尺寸。粗鏜刀片與精鏜刀片之間工作壽命的差異可以通過(guò)在刀夾中安裝不同牌號(hào)硬質(zhì)合金刀片來(lái)加以調(diào)節(jié)。

精鏜切削刀片裝夾在一個(gè)可調(diào)刀夾上，刀夾位置可利用精密螺桿和傳統(tǒng)的游標(biāo)刻度進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)一次走刀操作，即可加工出公差為0.001″（0.0254mm）的精密孔徑。雖然復(fù)合式加工必須根據(jù)加工需要設(shè)定進(jìn)給率，但由于省略了粗鏜或半精鏜工序，因此可大幅度提高生產(chǎn)率。

（4）適合高速切削的自平衡鏜刀

人們很早就已認(rèn)識(shí)到鏜刀的平衡性能對(duì)于鏜削加工質(zhì)量的重要性。在如今的高速切削條件下，鏜刀的平衡問(wèn)題顯得比以往更為突出，即使是很小的刀具不平衡量都可能對(duì)被加工孔徑的尺寸、表面光潔度、圓度以及刀具壽命造成很大影響。此外，刀具的不平衡還可能引起切削振顫。近年來(lái)，許多標(biāo)準(zhǔn)鏜刀上都加裝了平衡機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)通常由可移動(dòng)的配重塊組成，由于鏜刀的不平衡狀態(tài)主要是由加工孔徑變化引起的，因此可以根據(jù)鏜刀設(shè)定的加工孔徑對(duì)刀具的配重進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種方法對(duì)于保持刀具平衡雖然有效，但卻相當(dāng)耗費(fèi)工時(shí)。此外，這種平衡裝置位于刀具外部，暴露于冷卻液、切屑和油污中，很容易受到損壞。

內(nèi)部安裝有自平衡機(jī)構(gòu)的新型鏜刀則可較好解決這一問(wèn)題。當(dāng)裝夾刀片的可調(diào)刀夾向某一方向移動(dòng)以調(diào)節(jié)孔徑時(shí)，鏜頭內(nèi)一個(gè)與之機(jī)械連接的平衡配重塊則同時(shí)向相反方向移動(dòng)，以保持鏜刀的平衡。該內(nèi)置自平衡機(jī)構(gòu)密封在鏜頭內(nèi)，可與冷卻液和切屑完全隔離。

這種自平衡鏜刀可應(yīng)用于現(xiàn)代CNC機(jī)床的高速加工，對(duì)于大多數(shù)加工任務(wù)，均可獲得相當(dāng)不錯(cuò)的刀具平衡效果。如果某項(xiàng)加工任務(wù)對(duì)于刀具平衡的技術(shù)要求特別高，也可將這種鏜刀作為一個(gè)組件在高精密平衡機(jī)上進(jìn)行平衡。對(duì)于橋式鏜刀（不管是鋁結(jié)構(gòu)還是鋼結(jié)構(gòu)），通常都是利用平衡配重塊進(jìn)行手動(dòng)平衡。

上述幾項(xiàng)設(shè)計(jì)技術(shù)（帶數(shù)顯讀數(shù)屏的精密鏜頭、鋁結(jié)構(gòu)鏜刀體、復(fù)合式鏜刀和自平衡鏜刀）均有助于加工制造商大幅度地提高鏜削加工生產(chǎn)率。雖然這些技術(shù)創(chuàng)新還不能稱(chēng)為“革命性”的技術(shù)發(fā)展，但已足以對(duì)鏜削加工的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生重大影響。