加工中心上的鏜孔加工的刀具技術

1. 緒言

　　所謂鏜孔加工(Boring)就是指將工件上原有的孔進行擴大或精化。它的特征是修正下孔的偏心、獲得精確的孔的位置，取得高精度的圓度、圓柱度和表面光潔度。所以，鏜孔加工作為一種高精度加工法往往被使用在最后的工序上。例如，各種機器的軸承孔以及各種發動機的箱體、箱蓋的加工等。

　　和其它機械加工相比，鏜孔加工是屬一種較難的加工。它只靠調節一枚刀片(或刀片座)要加工出象H7、H6這樣的微米級的孔。隨著加工中心(Machining center)的普及，現在的鏜孔加工只需要進行編程、按扭操作等。正因為這樣，就需要有更簡單、更方便、更精密的刀具來保證產品的質量。這里主要從工具技術的角度來分析加工中心的鏜孔加工。

2. 加工中心的鏜孔加工的特點

2.1工具轉動

　　和車床加工不同，加工中心加工時由于工具轉動，便不可能在加工中及時掌握刀尖的情況來調節進刀量等。也不可能象數控車床那樣可以只調節數控按扭就可以改變加工直徑。這便成了完全自動化加工的一個很大的障礙。也正因為加工中心不具有自動加工直徑調節機能(附有U軸機能的除外)，就要求鏜刀必須具有微調機構或自動補償機能，特別是在精鏜時根據公差要求有時必須在微米級調節。

　　另外，加工中心鏜孔時由于切屑的流出方向在不斷地改變，所以刀尖、工件的冷卻以及切屑的排出都要比車床加工時難的多。特別是用縱型加工中心進行鋼的盲孔粗鏜加工時，至今這個問題還沒得到完全解決。

2.2顫振(Chatter)

　　鏜孔加工時最常出現的、也是最令人頭疼問題是顫振。在加工中心上發生顫振的原因主要有以下幾點

　　①工具系統的剛性(Rigidity)：包括刀柄、鏜桿、鏜頭以及中間連接部分的剛性。因為是懸臂加工(Stub Boring)所以特別是小孔、深孔及硬質工件的加工時，工具系統的剛性尤為重要。

　　②工具系統的動平衡(Balance)：相對于工具系統的轉動軸心，工具自身如有一不平衡質量，在轉動時因不平衡的離心力的作用而導致顫振的發生。特別是在高速加工時工具的動平衡性所產生影響很大。

　　③工件自身或工件的固定剛性(Clamping Rigidity)：象一些較小、較薄的部件由于其自身的剛性不足，或由于工件形狀等原因無法使用合理的治具進行充分的固定。

　　④刀片的刀尖形狀(Geometry of Edge)：刀片的前角、逃角、刀尖半徑、斷屑槽形狀的不同所產生的切削抗力也不同。

　　⑤切削條件(Cutting Condition)：包括切削速度、進給、進刀量以及給油方式及種類等。

　　⑥機器的主軸系統(Spindle)等：機器主軸自身的剛性、軸承及齒輪的性能以及主軸和刀柄之間的連接剛性。

3. 鏜刀的選擇基準

　　根據加工內容的不同鏜刀的選擇基準也不一樣，一般來說，應注意系統本身的剛性、動平衡性、柔性、信賴性、操作方便性及壽命和成本。

3-1.　一體式(Solid)鏜刀與模塊式(Modular)鏜刀

　　古老的一體式鏜刀主要用在量產品的生產線或專用機上，但實際上機器的規格有多種多樣:NT、MT、BT、　　IV 、CV 、DV等等。即使規格一樣，大小也有不同。如BT有15、30、40、45、50、60等等。 即使規格、大小都一樣，有可能拉釘形狀、螺紋不一樣，或者法蘭面形狀不一樣。這些都使得一體式鏜刀在對應上遇到很大的困難。特別是近些年來，市場結構、市場需要日新月異，產品周期日益縮短，這就要求加工機械以及加工工具具有更充分的柔性(Suppleness)。所以一體式鏜刀大多數已從工場中消失。

　　模塊式鏜刀即是將鏜刀分為：基礎柄(Basic Holder)、延長器(Extension)、減徑器(Reduction)、鏜桿）、鏜頭(Boring Head)、刀片座(Insert Holder)、刀片(Insert)、（倒角環）等多個部分，然后根據具體的加工內容（粗鏜、精鏜；孔的直徑、深度、形狀；工件材料等等）進行自由組合。這樣不但大大地減少了刀柄的數量，降低了成本，也可以迅速對應各種加工要求，并延長刀具整體的壽命。

　　模塊式鏜刀最先出現在歐洲市場，大約20年前日本大昭和精機株式會社(BIG)與瑞士KAISER公司進行技術合作，BIG-KAISER模塊式鏜刀首次出現在日本市場，并逐漸取代了一體式鏜刀的地位。如今日本的機械加工工場里80%以上都是使用的 BIG-KAISER模塊式鏜刀。

　　下表是一體式鏜刀與模塊式鏜刀的綜合比較。


　　由此顯而可見，模塊式鏜刀具有一體式鏜刀無法比擬的優勢。當然，這也需要模塊式鏜刀具有高連接精度和高連接剛性，以及高重復精度和高度的信賴性。

3-2.　各種各樣的模塊式鏜刀

　　現在市場上存在著各種各樣的模塊式鏜刀系統，它們的連接方式各有區別。

　　①BIG-KAISER方式

　　它只要靠一顆錐度為15°的錐形螺絲來連接，固定時也只需要一支六角小扳手，操作非常方便。

　　由于螺孔與被連接體的錐孔間有一定的偏心，當旋緊螺絲時依靠錐面的作用，將旋緊力的絕大部分轉化為軸向的拉力，使被連接的兩部分貼緊，而保持徑向位置不變。

　　固定螺絲用高剪斷強度材料制成，可承受較大的扭矩，并且粗鏜時設有加強拴。

　　②側固式

　　顯而已見，這種連接方式僅僅是達到固定的目的。它的旋緊力的絕大部分都向著徑向。不但連接體的端面不能密接，徑向位置也會發生變化。

　　③旋入式

　　雖然端面得到連接，但刀尖在圓周上的相位會發生變化。

　　④后部拉緊式

　　端面的連接和跳動都較好，但操作性很差。

　　⑤其它方式

　　側面90°兩點固定方式；側面180°兩點傾斜固定方式；ABS方式等等。

　總而言之，模塊式鏜刀系統具有很大的優勢，但并不是說只要是模塊式就好。必須從連接剛性、精度、操作性、價格等多方面來衡量。