镗孔刀具的技术改进

镗削加工通常被认为是适合在各种不同尺寸和形状工件上加工精密孔的理想加工方式。为了适应不断提高生产率的需要,镗孔刀具的设计也在不断创新改进。近年来,镗孔刀具的技术改进主要体现在以下四个方面。

1采用数显读数屏的精密镗头

自数控(NC)技术问世以来,数字显示技术已在CNC机床和坐标测量机上大量应用。此外,数显千分尺、数显卡尺等数显量具也已得到广泛使用。但是,数显技术在精密镗刀上的应用却一直进展缓慢,其制约因素主要是镗孔加工中使用的冷却液和镗头的高速旋转。

过去,在加工中心上进行镗孔加工时必须非常小心,尽量避免四处飞溅的冷却液进入镗头数显装置的电子元件中。如今,采用内冷却设计的新型镗刀已能较好解决这一问题。由于冷却液可通过刀具内部的通道直接到达切削部位,从而实现了冷却液与镗头数显装置的完全隔离。此外,新型数控镗刀的外部进行了良好密封,可有效防止冷却液与数显装置中的电子元件接触。

在高速镗削加工中,镗头的高速旋转、离心力以及镗头本身的不平衡都可能引起较大振动,从而损坏灵敏的数显装置。新型镗头通过采用一种内置平衡机构,可以在高速镗削时减小或消除有害的振动。目前,带数显读数屏的精密镗头已能够用于转速达16000r/min的高速镗削加工。

新型镗头的数字显示屏可直接显示出镗刀滑块的位移量,而不必通过调刀螺杆的转动量来确定位移量。由于镗杆直接安装在镗刀滑块上,因此镗头的数显读数值可以真实反映出镗刀的位移量,而不会受到螺杆空程误差的影响。数显镗头的这一特点使其可以更快速、更精密地调整镗孔直径,并可实现对加工偏差或刀具磨损的误差补偿。

大多数镗刀都需要通过试切-测量(cut-and-measure)操作来确定其设定尺寸,即首先对一小部分被加工孔进行试切镗削,然后测量其加工孔径。通常,这就意味着需要将镗刀从机床上卸下来,再安装到一台对刀仪上对镗刀尺寸进行微调修正,以获得正确的孔径尺寸。这种预调操作之所以必要,是因为直接在机床上对普通镗头的游标刻度盘进行读数和预调相当困难,但是,这种操作方式可能造成镗孔尺寸超差或损坏工件。

由于在机床上安装镗刀时难以预测其刀尖偏差,因此需要采用试切-测量操作来预调刀具。如果采用易于读数的新型数显镗刀,则可能实现直接在机床主轴上对刀具镗孔直径进行微调,其尺寸调整范围可达0.0001″(0.00254mm)。即使因为机床主轴的进刀限制,必须将镗刀从机床上卸下来进行孔径尺寸调整,新型数显镗刀的调刀过程也更快速、更精确。

2采用铝结构的镗刀体

铝的重量较轻,是制造刀体的常用材料。随着当今CNC机床的加工速度越来越高,许多机床的重量也越来越轻,减轻刀具的重量就显得至关重要。

大部分数控机床的换刀机械手对刀具的重量都有一定限制。采用铝结构的镗刀既可确保刀具重量不超过换刀机械手的限重标准,同时又能加工直径尺寸大于4″(约100mm)的孔(一般来说,加工孔径小于4″的镗刀,无论采用铝结构还是钢结构,其重量均不会超过换刀机械手的限重标准)。镗刀重量的减轻可以减小机床主轴的误差,从而提高镗孔精度。此外,镗刀的重量越轻,机床主轴本身的磨损和破坏也越小。

在数控机床上装卸大型、重型镗刀时,由于钢结构镗刀的重量往往超过了机床换刀机械手的限重标准,因此不得不采用手工装卸或利用高架起重臂进行吊装,既费时又费力。如果采用重量较轻的铝结构镗刀,这一问题则可迎刃而解。例如,美国堪萨斯州一家工厂原来所用的加工孔径14″(355.6mm)的钢结构镗刀重约40磅,需要使用起重臂才能安装到机床上,换用了一把同样规格的铝结构镗刀后,其重量还不到25磅,可利用换刀机械手自动装刀,从而大大提高了生产率。

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