圆周铣削工艺的发展和应用

圆周铣削是通过铣刀的圆周进给运动制造圆柱形表面的一种铣削工艺,近几年来,由于加工中心和刀具制造技术的进步,推动了这种铣削工艺的发展和广泛应用。

目前,利用这种圆周铣削原理,已广泛用于铣孔、铣内(外)槽、铣螺纹、倒角、铣环形端面和铣沉孔等多种不同的加工任务。

由于这种圆周铣削工艺具有加工效率高、工艺使用范围广以及可与其它加工工艺复合等优点,使得这种圆周铣削工艺在工业生产中,特别在汽车工业中获得越来越多的应用。

实现铣刀的圆周进给运动是进行圆周铣削的前提条件,在CNC加工中心上,既可通过X轴和Y轴的圆弧插补来实现铣刀的圆周进给运动,也可以通过X轴、Y轴和Z轴的螺旋插补来实现铣刀的螺旋进给运动,并通过CNC程序来实现各种不同的圆周铣削加工。目前,直线电机驱动并配有精密数控系统的高动态加工中心不仅能降低圆周铣削的基本时间,并且提高了圆周铣削的加工精度,由此可通过圆周铣削加工来替代镗孔加工和通过钻铣螺纹替代传统的攻丝。

应用圆周铣削工艺进行铣孔,基本上可采用两种方式和两种刀具。一种是采用在圆柱刀体上磨有螺旋形刀刃的圆周铣削刀具或采用在圆柱刀体上切向布置多个可转位刀片的圆周铣削刀具,这类刀具一般用于加工浅孔,铣孔时,主轴铣刀环绕Z轴作圆周进给运动。另一种是采用装有圆刀片或菱形或长方形刀片的多功能立铣刀,这类刀具可用于加工不大于五倍刀具直径的深孔,铣孔时,立铣刀作螺旋进给运动,加工中心的X轴、Y轴和Z轴进行联动(即三轴进行螺旋插补运动)。

采用第一种方法铣孔时,加工孔的圆柱度主要取决于铣刀制造的几何精度。对于加工孔的形状精度,无论是采用哪一种刀具进行铣孔,主要决定于数控系统的插补精度。而加工孔的表面粗糙度与刀具的精度以及所选的切削参数有关。

采用多功能立铣刀进行铣孔时,旋转的立铣刀绕Z轴作螺旋进给运动,在一次工作行程中铣出所需大小的孔。例如,加工直径为285mm的孔,可采用160mm直径的立铣刀,在无需换刀的情况下通过一次工作行程就可完成加工任务。这比传统的镗孔工艺可节省五道扩孔工序,从而大大简化了加工工艺流程,并且可节省73%的加工时间。

采用圆周铣削工艺,既可进行粗加工也可实现精加工,对于不通孔还可以铣出平底孔,阶梯孔或锥孔,并且还可以在孔底的底面进行圆周表面的圆周铣削加工。

铣孔总是采用多刃铣刀来实现的,这与通常采用单刃镗刀的镗孔工艺相比,铣孔可采用较大的背吃刀量,因而铣孔具有很高的加工效率,并且即使在断续铣削相交孔时也不会产生铣刀的抖动。

目前,在采用直线电机驱动的高速加工中心上,应用圆周铣削工艺以40m/min的进给速度加工汽车发动机变速箱的轴承座孔时,孔的不圆度可达到6μm。由于这样良好的加工精度,这就完全可以免去后续的精加工工序。

利用圆周铣削原理可进行铣螺孔和钻铣螺纹,采用钻铣螺纹工艺不仅可以简化生产工艺流程,而且可大大缩短加工时间。

应用圆周铣削原理加工螺纹孔时,既可以在预先加工出的螺纹底孔上铣削螺纹,也可以在没有预先加工出螺纹底孔的实心材料上钻铣出螺纹孔。

铣削螺孔常常可以与钻孔、倒角和锪螺孔凸台端面等相关联的工艺进行复合,也就是将与螺纹孔相关的一些功能表面的加工集中在一把刀具上,采用一把钻铣螺纹复合刀具进行综合加工,这不仅可以减少刀具数量,而且大大缩短了加工时间。目前,这种钻铣螺纹工艺已普遍应用于发动机变速箱体、离合器壳和缸盖等零件紧固螺孔的加工,例如,采用钻铣螺纹刀具加工缸盖上深度为14.1mm的M6螺孔,在主轴转速20000r/min,进给量为700mm/min的情况下,一个螺孔的加工时间仅需1.2秒。在一条缸盖柔性生产线的高速加工中心上,采用这样的一把钻铣螺纹复合刀具,在多个缸盖上加工120个M6螺孔也不足3分钟的时间。

Jel精密刀具公司采用一把钻铣螺纹复合刀具加工变速箱体紧固孔的螺孔。变速箱体为铝合金铸件。复合刀具的刀刃采用焊接聚晶金刚石,主轴转速20000r/min。加工时,钻铣螺纹复合刀具依次进行:钻22.5mm螺纹底孔→圆周铣削M24X1.5螺孔→去除螺纹拧入处的毛刺→反向锪外径为24.5mm及开口角为90°的倒角→锪外径为36mm的螺纹凸台→在螺纹凸台和螺孔上倒1X45°的内外倒角。由于所有功能表面的加工是在一台机床上通过一把刀具来完成的,所以这不仅省去了许多相关刀具以及换刀过程,提高了加工精度和缩短了加工时间(整个加工时仅为4秒),从而大大提高了生产效率。

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