數(shù)控銑床加工孔研究

黃結(jié)榮

（廣西玉林農(nóng)業(yè)學(xué)校，廣西 玉林 537000）

一般情況下，使用機床對零件進(jìn)行加工會受到多種因素的影響，包含生產(chǎn)加工工序、切削刀具的形狀、刀具行進(jìn)的走刀路線和切削加工的切削用量等。因為上述因素多數(shù)屬于人為控制的，所以在實際加工的過程之中就會出現(xiàn)某種程度的誤差，這是加工人員的實際經(jīng)驗以及能力的不同造成的。數(shù)控加工技術(shù)在選擇層面也可以靈活調(diào)整，能夠綜合待加工零件的實際情況進(jìn)行選擇。

1 數(shù)控加工銑床中孔系零件加工的主要影響因素

1.1 數(shù)控機床本身的精度與工藝方法

數(shù)控加工機床本身在生產(chǎn)加工的過程中存在精度誤差的原因主要是機床本體導(dǎo)軌的誤差、加工操作的誤差以及夾具的誤差等，上述因素將會造成數(shù)控加工機床沒法實現(xiàn)相應(yīng)的加工效果。除此以外，在生產(chǎn)加工的實踐過程中，數(shù)控加工機床可能存在著順序方面的不同，進(jìn)而造成相同生產(chǎn)周期內(nèi)所加工出來的合格零件數(shù)量有所差異，同時各類工藝方法之間的成本也各不相同。總而言之，除去數(shù)控加工機床自身的精度問題，不同工序之間的安排是否合理、加工方法的選擇和零件的特殊要求的配合等多方面的要素都將對數(shù)控加工銑床孔系加工的最終效果產(chǎn)生影響[1]。數(shù)控機床如圖1 所示。

圖1 數(shù)控機床

1.2 孔系加工制造時刀具的影響

1.2.1 孔系加工內(nèi)表面的效果影響

孔系加工是零件內(nèi)表面的一種加工方式，其加工過程所采用的刀具主要為鉆頭、鉸刀等，而此類刀具在長期使用后必然會發(fā)生一定程度的磨損，刀具自身的外部形狀以及各部位的尺寸在發(fā)生磨損之后就會產(chǎn)生顯著的改變，這樣就會對數(shù)控機床孔系結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)加工效果產(chǎn)生一定程度的影響。孔加工如圖2 所示。

圖2 孔加工

1.2.2 孔加工直徑的效果影響

在加工孔系過程中其直徑的大小通常會有一定的限制和規(guī)定，在數(shù)控銑床本身支架固定的狀態(tài)下，刀具的切削速度僅可以保持在特定的數(shù)值水平上，不能無限提升速度。而且孔的尺寸越小，代表了孔系結(jié)構(gòu)的制造難度越大，表面精度的要求越高。為提高刀具的切削速度，就必須增加具有針對性的特定裝置，這樣此類刀具各方面的性能就能符合高速切削加工制造過程的實際需要，保證其加工品質(zhì)達(dá)到設(shè)計需要。

1.2.3 孔加工刀具的效果影響

加工刀具的選取實際上存在許多嚴(yán)格的規(guī)定和要求。首先，加工刀具需要達(dá)到相應(yīng)的切削速度，進(jìn)而符合生產(chǎn)周期的需求；其次，加工刀具的主體結(jié)構(gòu)受到孔系結(jié)構(gòu)的直徑以及長度尺寸的限制，不是任意尺寸或者型號的加工刀具均能在各類直徑孔的加工制造過程中應(yīng)用。

1.2.4 孔加工精度的效果影響

在孔系結(jié)構(gòu)的加工過程中，受相應(yīng)機械加工設(shè)備的帶動，軸向作用的力會使得加工刀具發(fā)生歪曲變形以及振動的現(xiàn)象。假如加工刀具自身剛度有所欠缺，將會影響到相關(guān)孔系結(jié)構(gòu)的制造精度[2]。

1.2.5 孔加工過程中冷卻液的效果影響

孔系結(jié)構(gòu)的加工是處在半封閉的空間中進(jìn)行的，刀具切下的金屬屑排出相對比較困難，同時冷卻液也很難進(jìn)入到實際加工區(qū)域，使得加工過程中的散熱條件相對比較差，此區(qū)域的溫度相對比較高，對刀具耐熱性能的要求相對比較高。

2 數(shù)控銑床孔系結(jié)構(gòu)的加工工藝

常規(guī)機床進(jìn)行孔類結(jié)構(gòu)加工時首先鉆中心孔，隨后使用鉸孔方式將孔的中心進(jìn)行擴張，然后再進(jìn)行鏜孔，這樣可以最大限度地確保孔的精度。此類加工方式的加工效率、操作者的勞動強度以及在加工成本方面均有明顯的不足，無法適應(yīng)數(shù)控加工銑床的生產(chǎn)過程。加上鉆孔過程中刀具剛性不足，經(jīng)過長期的使用之后，受扭矩以及軸向應(yīng)力等的影響，存在孔徑尺寸超差、孔壁表面粗糙和孔位發(fā)生偏移等加工問題，造成孔系結(jié)構(gòu)的加工品質(zhì)顯著下降[3]。用數(shù)控銑床代替鉸刀的模式實現(xiàn)孔系結(jié)構(gòu)的加工可以顯著提升精度，保證加工品質(zhì)。

2.1 以銑代鉆的方式

在現(xiàn)代生產(chǎn)加工工具高速進(jìn)步的背景下，鉆削加工過程中的問題嚴(yán)重影響了孔系結(jié)構(gòu)的加工效率，為應(yīng)對鉆孔精度的問題，保證孔系結(jié)構(gòu)加工的要求，以銑代鉆的方式隨之產(chǎn)生。

2.2 螺旋銑孔的方式

螺旋銑孔是自轉(zhuǎn)以及公轉(zhuǎn)2 個運動復(fù)合而成的，自轉(zhuǎn)是機床主軸的自轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)是主軸圍繞孔中心的運動，兩者實現(xiàn)復(fù)合運動，加工刀具的中心軌跡非直線型，其優(yōu)勢如下：（1）銑刀的側(cè)刃沒有持續(xù)性實施切削加工操作，因此刀刃與工件不是始終接觸，切削區(qū)域可以獲得適當(dāng)?shù)男菹r間，加工過程的溫度有所下降。（2）螺旋銑孔過程中使用的刀具直徑比孔系結(jié)構(gòu)的孔徑小，可以保證只切削金屬屑而不傷到孔系結(jié)構(gòu)的表面，并且有利于排出切削過程中產(chǎn)生的殘屑。螺旋銑孔過程如圖3 所示。

圖3 螺旋銑孔過程

3 數(shù)控銑床孔系加工的改進(jìn)措施

3.1 最大限度提升機械加工工藝人員及機械加工操作人員的技能

機械加工相關(guān)工程技術(shù)人員使用數(shù)控銑床進(jìn)行孔類的加工，若要保證數(shù)控加工品的質(zhì)量，科學(xué)合理的工藝選擇是非常重要的，然而工藝水平與機械加工工藝人員和機械加工現(xiàn)場操作人員的專業(yè)技術(shù)水平是分不開的。其中，機械加工工藝規(guī)劃設(shè)計人員不但需要具備過硬的專業(yè)水平及職業(yè)素養(yǎng)，而且對于機械加工基礎(chǔ)知識的重視也是不能忽視的，能夠參照各種不同類型的零件對其實施機械加工拆分，從而得到準(zhǔn)確的零件加工重要參數(shù)信息，進(jìn)而合理結(jié)合工藝路線的選擇確保孔系機械加工工藝步驟、機械加工數(shù)控銑床刀具及各個關(guān)鍵的機械加工技術(shù)環(huán)節(jié)。與此同時，數(shù)控銑床刀具的裝夾方法、換刀順序以及加工精度等關(guān)鍵要素對于加工質(zhì)量也會產(chǎn)生相應(yīng)的影響，機械加工相關(guān)工程技術(shù)人員必須結(jié)合此類關(guān)鍵技術(shù)因素，將數(shù)控加工工序進(jìn)行歸類，精準(zhǔn)確定數(shù)控銑床刀具的重要參數(shù)信息。機械加工相關(guān)工程技術(shù)人員在完成以上工藝步驟以后，再進(jìn)行加工程序的編制。機械加工現(xiàn)場操作人員的技術(shù)水平除了依靠其自身的實踐與研究，還必須由數(shù)控加工企業(yè)定期對相關(guān)數(shù)控銑床的操作人員進(jìn)行培訓(xùn)與教育，實行科學(xué)合理的獎懲機制對其進(jìn)行相關(guān)技能的考核。

3.2 對機械零件加工的工藝路線進(jìn)行升級優(yōu)化

機械加工相關(guān)工程技術(shù)人員在零件機械加工的過程中，工藝路線是規(guī)劃設(shè)計初期非常關(guān)鍵的組成部分，工藝路線規(guī)劃是否科學(xué)合理能夠直接關(guān)系到數(shù)控機床的工作頻率及機械加工精度等。機械加工相關(guān)工程技術(shù)人員為了確保數(shù)控銑床孔加工的精度，必須大幅提高數(shù)控銑床的生產(chǎn)效率以及實現(xiàn)工藝路線的徹底升級與優(yōu)化，爭取在最短的時間內(nèi)實現(xiàn)工序集中化、最合理的工藝路線以及輔助工時最短的工作目標(biāo)，進(jìn)而使數(shù)控銑床的工作效率達(dá)到最佳。一般情況下，工序集中通常體現(xiàn)在工件裝夾的頻次上，一次性定位多道加工工序就是最科學(xué)合理的技術(shù)工藝模式，這樣能夠最大限度地降低孔與孔之間產(chǎn)生的誤差。由孔系機械加工的技術(shù)要求來看，機械加工相關(guān)工程技術(shù)人員必須使用各種不同類型的刀具確保加工精度的提高，加大數(shù)控銑床工作臺的回旋周期，所以該道工序必須完全依照數(shù)控銑床機械加工刀具的類型實施歸類及劃分，即當(dāng)同一把刀具完成全部程度的加工以后再進(jìn)行替換是合理的。對于加工精度要求不高的孔系，機械加工相關(guān)工程技術(shù)人員可以依照機械加工工藝路線最短的理念設(shè)置加工順序排列。

3.3 對數(shù)控銑床的編程進(jìn)行升級優(yōu)化

在機械零件加工過程中，其孔特征的加工流程具有非常鮮明的特點，例如：鏜孔加工及鉆孔加工等步驟在通常狀況下都是先由空位平面進(jìn)行刀具定位，隨后進(jìn)行切削進(jìn)給動作，最后進(jìn)行退回等多種機械運動軌跡復(fù)合而成的。機械加工相關(guān)工程技術(shù)人員假如需要針對零件表面多種不同類型的孔進(jìn)行機械加工，那就需要通過重復(fù)進(jìn)行很多次相同順序的運動實現(xiàn)。基于數(shù)控編程的模式來講，應(yīng)用基本數(shù)控編程指令不但非常繁瑣，而且機械加工的工作效率是非常低的。基于此，機械加工相關(guān)工程技術(shù)人員必須使用孔加工往復(fù)循環(huán)的功能進(jìn)行數(shù)控編程工作，該技術(shù)能夠起到程序簡化的作用，進(jìn)而最大限度地提升機械加工的工作效率。鏜孔加工如圖4 所示。

圖4 鏜孔加工

4 結(jié)束語

綜上所述，機械加工相關(guān)工程技術(shù)人員使用數(shù)控機床進(jìn)行金屬內(nèi)部孔的加工是現(xiàn)階段世界各國工業(yè)進(jìn)行零件機械加工非常普遍的技術(shù)模式。由于常規(guī)金屬表面鉆孔的模式不具備穩(wěn)定的效果，機械加工精度很難得到有效保證，機械加工刀具耐用性也無法得到有效保證。通過本文的研究得出改用銑孔方式進(jìn)行孔加工的技術(shù)優(yōu)勢是能夠獲得更好的軸向穩(wěn)定性，與此同時，所加工孔的直徑也會更小，不再受制于孔徑大小的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)“一刀多用”的目的，在通常狀況下不需要將機械加工刀具頻繁更換，從而最大限度地提高機械加工的生產(chǎn)效率。