数控精镗刀的设计和使用原理

精镗刀是一种工具，作用是保证孔径精度的，保证位置度，粗糙度度，圆度等。

精镗刀是保证孔径精度的，保证位置度，粗糙度度，圆度等等，在加工中心上一般精镗刀都是带微调的，有直径方向0.01MM调整量，还有0.001MM调整量的。

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镗刀是镗削刀具的一种，一般是圆柄的，也有较大工件使用方刀杆，最常用的场合就是内孔加工，扩孔，仿形等。有一个或两个切削部分、专门用于对已有的孔进行粗加工、半精加工或精加工的刀具。镗刀可在镗床、车床或铣床上使用。

因装夹方式的不同，部有方柄、莫氏锥柄和7:24锥柄等多种形式。双刃镗刀有两个分布在中心两侧同时切削的刀齿，由于切削时产生的径向力互相平衡,可加大切削用量,生产效率高。双刃镗刀按刀片在镗杆上浮动与否分为浮动镗刀和定装镗刀。浮动镗刀适用于孔的精加工。它实际上相当于铰刀，能镗削出尺寸精度高和表面光洁的孔，但不能修正孔的直线性偏差。为了提高重磨次数，浮动镗刀常制成可调结构。

为了适应各种孔径和孔深的需要并减少镗刀的品种规格，人们将镗杆和刀头设计成系列化的基本件──模块。使用时可根据工件的要求选用适当的模块，拼合成各种镗刀,从而简化了刀具的设计和制造。

使用方法

刀具安装时，要特别注意清洁。镗孔刀具无论是粗加工还是精加工，在安装和装配的各个环节，都必须注意清洁度。刀柄与机床的装配，刀片的更换等等，都要擦拭干净，然后再安装或装配，切不可马虎从事。

刀具进行预调，其尺寸精度，完好状态、必须符合要求。可转位镗刀、除单刃镗刀外，一般不采用人工试切的方法，所以加工前的预调就显得非常重要。预调的尺寸必须精确，要调在公差的中下限，并考虑因温度的因素，进行修正、补偿。刀具预调可在专用预调仪、机上对刀器或其他量仪上进行。

刀具安装后进行动态跳动检查。动态跳动检查是一个综合指标，它反映机床主轴精度、刀具精度以及刀具与机床的连接精度。这个精度如果超过被加工孔要求的精度的1/2或2/3就不能进行加工，需找出原因并消除后，才能进行。这一点操作者必须牢记，并严格执行。否则加工出来的孔就不能符合要求。

应通过统计或检测的方法，确定刀具各部分的寿命，以保证加工精度的可靠性。对于单刃镗刀来讲，这个要求可低一些，但对多刃镗刀来讲，这一点特别重要。可转位镗刀的加工特点是：预先调刀，一次加工达到要求，必须保证刀具不损坏，否则会造成不必要的事故。

安装步骤

1、将刀桥用螺栓1连接在刀柄上

2、将精镗刀座安装在刀桥上

3、将配重块安装在滑动体上

4、刀具调整:

1）松开锁紧螺钉;

2）根据刻度线粗调刀座,刀尖尺寸小于要加工尺寸0.5mm左右,[ 注意:通过复合调整精镗刀座与刻度盘来保证粗调尺寸];

3）拧紧锁紧螺钉,拧动调整螺钉(精镗刀座上的),顶紧锁紧螺钉杆部,以防让刀;

5、用同样方法调整配重块,调好动平衡;

6、锁紧锁紧螺钉,试镗,测量加工孔的尺寸与要求尺寸比较,计算出偏小数值;

7、松开锁紧螺钉,旋刻度盘(刻度盘每转动一小格代表0.01mm的直径切深变化),使移动量至计算出的偏小数值;

8、锁紧螺钉,加工工件至尺寸.

注意事项:

注意精镗刀头的调整,请勿过分用力(切莫旋转刻度盘超出范围);

用红漆封堵的地方不能拆动,否则会损坏微调装置;

定期保养,注润滑油.

调整方法

镗刀是精密孔加工中不可缺少的重要刀具，其加工孔的精度能达到IT6级，表面粗糙度可达到’Ra0.8～1.6μm，常见的型式有螺纹式微调镗刀、偏心式微调镗刀、滑槽式双刃镗刀以及浮动镗刀等。这些微调镗刀各具特点，在实际生产中得到广泛应用，其中螺纹差动式微调镗刀构思新颖，微调精度高，可自动消除螺纹间隙，是一种具有发展前途的微调镗刀。

设计方法

1 、刀具设计思路与特点

机夹可转位车刀是将具有合理几何形状和切削刃的成品可转位刀片通过机械夹固方法装配在刀杆上，当一条切削刃加工磨损至不能再用时，可通过转位迅速更换新的切削刃。采用机夹可转位车刀进行加工具有以下特点：

刀具几何参数和切削性能稳定，定位精度和重复精度较高，可保证刀尖位置变化在工件精度允许范围内以及加工精度的一致性。

刀片夹紧可靠，在切削力冲击、振动及切削热作用下不易松动。刀具寿命长，无需刃磨，操作简便，可缩短停机换刀等辅助工时。

刀杆转位方便、快捷，并可反复使用，使用寿命长，可减少库存量，简化刀具管理。

机夹可转位车刀设计前角g=-4°，刃倾角l=-4°，切削刃具有足够强度，可承受较大切削力冲击，避免刀尖崩刃。；

可转位车刀片选用菱形国标通用刀片，可保证切削过程中自动卷屑及曲线加工的平稳性，且易于实现刀具标准化、系列化，适合自动化生产中的仿形车削。

刀具采用螺销压紧式结构，螺钉通过刀片沉孔夹紧刀片，结构简单，零件少，定位精度高，刀刃转位重复精度高，容屑空间大。

根据被加工材料特点，并考虑切削过程中刀刃的磨损，采用TiC+Al2O3+TiN复合涂层刀片。这种刀片可减小切屑与刀具的摩擦，在切削高温下仍可保持高硬度及良好的抗氧化性，从而可提高刀片使用寿命，降低零件表面粗糙度。

2 、刀具设计方法

需加工的差速器壳体内球面尺寸分别为S=f138.5mm、f124mm、f161mm。工件材料：球墨铸铁GH45-33-15(芯部硬度HB150～190)。加工精度要求：相对于基准的位置度公差为f0.03mm，表面粗糙度Ra1.6µ；m。切削用量：切削速度vc=2m/s，进给量f=0.4mm/r，切削深度ap=3mm。加工机床：S1-325型数控机床。

刀具设计步骤如下：

根据被加工零件材质及加工要求，刀片材料选用YG6硬质合金基体的新型复合涂层(TiC+Al2O3+TiN)刀片。根据被加工零件特点及切削参数，刀片紧固形式设计为螺销压孔式结构。可转位刀片型式选用菱形国标通用刀片，刀尖角为55°，法向后角为7°，单面有V型断屑槽，刀片厚度S=3.97，刀尖圆角半径re=0.4±0.1mm；根据加工精度要求，刀片精度选用M级。确定可转位刀片型号为DCMT11T304-V1。；

刀片切削刃长度Sa=ap/sinkrcosl=3/sin62.5°cos-4°=3.39mm；粗车时应满足切削刃长度L≥1.5Sa=5.086mm，所选刀片的主切削刃边长L≈11.6mm，可满足切削要求。

机夹可转位车刀刀头,车刀刀杆槽的几何角度设计

已知参数：刀片法向后角anb=7°，刀片刃倾角lsb=0°；车刀的独立角度kr=62.5°，ls=4°，预选后角ao=4°；刀杆槽主偏角krg=kr=62.5°，刀杆槽刃倾角lsg=ls=-4°。则刀杆槽前角gog可按下式计算：tangog=(tananb-a0/cosls)/1+tananbtanao/cosls)coslsg=0.052364957

可得aog=2.9975528°，取aog=3°。验算车刀后角ao：arctan(tananb-tanaogcoslsg)cosls/(1+tananbgogcoslsg)=0.06992572 可得ao=3.99°，与预选后角ao=4°接近，表明预选后角值合理。

确定可转位车刀刀杆与刀夹联结方式：根据机床型号及中心高，为增加刀杆强度，刀杆截面尺寸设计为不等截面，装刀刀夹与刀杆通过楔面自锁联结，可使刀具装卸快捷、准确、可靠。

3、设计的机夹可转位车刀刀头

采用机夹可转位车削方法替代原球面锪钻加工方法后，不需制造专用夹具，在数控机床上一次装夹即可完成差速器壳体内球面的加工。由于减少了换刀等辅助工时，提高了数控机床的加工效率，刀具无需刃磨，耐用度提高，使生产效率提高2倍，刀具成本降低75%。由于避免了原加工方法因刀具重磨带来的加工误差，产品质量也得到有效保证。

质量分析

一般使用的硬质合金可调节浮动镗刀，其主要特点是切削兼宽刃口挤压成形，镗后的孔表面紧密光滑。由于镗刀在孔中呈浮动状态，对底孔的圆柱度和同轴度要求较高。使用浮动镗刀技术要求较高，经常产生孔尺寸不稳定和振纹等问题。

1、镗刀杆上刀孔加工误差对镗孔质量的影响。

刀孔尺寸12F7中心平面与机床回转中心有偏差，原因为①刀孔加工与刀杆中心有偏差；②刀杆安装与主轴回转中心有偏差(车床上使用时较易产生)，由于12F7的中心平面与回转中心存在偏差，当主轴旋转时，产生一个随旋转角度变化而方向也改变的径向分力，这样镗出的孔径将会大于浮刀尺寸。

刀孔尺寸25F7两侧面与旋转中心不垂直。如果刀孔尺寸25F7两侧面与刀杆中心不垂直，则浮动镗刀将在孔中倾斜，这样镗出的孔径将变小，而且还会产生明显的刀痕。刀孔尺寸的制造误差。镗刀与刀孔为间隙配合，如果间隙太大，镗孔时就会产生抖动，这样将使加工出的孔径尺寸不稳定，并产生振纹。

2、半精镗孔质量对浮销的影响

半精镗孔质量的好坏，直接影响浮动镗削的质量。在浮动镗孔之前，半精镗孔必须达到圆柱度、同轴度要求，表面粗糙度要低于Ra3.2。此外，半精镗后余量不能太大，一般比镗刀尺寸小0.06-0.12。

3、镗削用量对浮镗质量的影响

合理选用适当的镗削用量也很重要，镗削速度和进刀量过大或过小，都会影响孔径尺寸和光洁度，合理的切削用量为：铸件Vc=12m/min，f=1-2mm/r；钢件Vc=10m/min，f=0.5-1mm/r。

4、如何提高镗削质量

从以上分析来看，影响浮动镗削质量的关键是刀孔的加工精度，而传统的刀孔只能通过插削加工，不能保证较高的形位公差、尺寸公差和光洁度。

在镗削较深内孔时，由于镗杆的刚性受到限制，镗削时易产生振动，使浮镗尺寸精度和光洁度下降。通过改成图4形式后，由于“O”型圈的支承作用，将大大增强镗削的稳定性。不同尺寸的内孔，只要更换相应尺寸的活塞，较方便。从使用效果来看，基本解决了加工深孔所产生的质量问题。

另外，浮动镗削时应加柴油冷却与润滑，浮刀导向角要全部移入孔内后方可镗削。

发展趋势

新型镗刀可缩短工艺过程中的调刀时间，帮助用户高速、小批量地生产产品，从而保证工厂和车间及时完成生产加工任务。此外，这种镗刀自身可进行自动调节、修正磨损、补偿误差或自动成形。以KomTronic镗刀为例，这一系列的侍服传动镗刀由美国Komet公司生产提供。镗削加工头内的滑板由侍服电机传动，它控制着脉冲，使镗杆向较大的直径方向移动，或支持其向较小的直径方向移动。这一机构提高了镗床的加工精度，不需采用手工调节的方法调节螺丝。

Komet公司的工程师们也在镗杆内安装了导轨，采用伺服电机来传动镗刀片，可使一锥形刀杆轴向移动，也可使镗刀片向外扩大到更大的直径或向内缩小到更小的直径。这取决于镗刀的设计，它可通过一个闭环系统，自动地对两个平面进行补偿。镗刀头的行程范围可以变化，比如MO42可以在-1.0～+1.5mm的行程范围内调节1mm，而U轴可偏离中心移动高达±25mm，镗削精度可达±10mm。

尽管这种自动化系统的费用较高，但其投资能够很快得到回报，特别是在大批量生产过程中。比如在汽车工业中，MO42镗刀头可根据仪表测量值对连杆的每一次切削进行自动调节。再比如，一个U轴镗削系统在镗削时，可使一台加工中心的加工能力在某种意义上像车床那样，能够切削凹面和进行倒角，有效地增加了一个加工轴。同时，一台加工中心可以镗削一个在高速情况下难以在卡盘上装夹的零件。因为此时旋转的只是镗刀，而工件是不旋转的，因此加工中心可以用这种刀具在很短的时间内进行加工生产，以达到所要求的表面光洁度。

1、智能刀具

Makino公司使用的是Smart系列智能刀具。Makino公司采用的方法不是利用电机进行传动，而是采用切削液使其通过刀具，在流经切削区润滑和冷却前，迫使切削液起到另一个作用，那就是帮助清除切屑。一种称作冷却液可调镗杆或CABB的双重镶刀片设计形式的镗刀，其中包含一个内部的尼龙气囊。随着压力的增加，气囊随之膨胀，迫使含有镶刀片刀架上的两个刀片向外扩张，因此使刀具的直径扩大。

然而，为了适应气囊的要求，镗刀所需的局限直径至少应为51mm。为了使这一机构能缩套在镗刀上，其直径应小到25.4mm，为此，设计组开发了一种“简易密封”装置。Makino公司在两个镶刀片之间增加了一个夹心钢片。这一中心件是固定的，随着压力的增加，里面的液体将推动刀片向外分离。

虽然Makino公司设计和生产了精度达到0.51mm的镗杆，但其设计的大部分CABB镗刀精度却能达到0.25mm左右。其原因是因为当刀具的精度一旦大大超过这一数值时，对于大部分工作而言，精度就开始过度下降。大部分的镶刀片在需要更换前，其磨损只有0.127mm或更少。因此，仍然有余地使刀具扩大至第二次、甚至扩大至第三次使用。

对Duratec 2.5L发动机缸体进行精加工这一性能可以使其减少许多无效的生产时间，比如用于对偏移量的调节、更换刀具和通过镗孔将刀具退出。这样，就可以在进刀过程中加工，并扩大间隙一般在每一镗孔的底部然后在退刀过程中进行加工。CNC数控机床的软件可以根据主轴背面获得的压力读数进行自动调节。为了达到很高精度，可采用气压表测量孔径，并给闭环控制系统提供必要的反馈信息。

Makino公司制造了一种能够在切削过程中使镶刀片径向内、外移动的另一类液压镗刀，可镗削略呈椭圆形的孔径，其直径≥51mm。由于CNC数控机床的切削液压力是可变的，其镶刀片后面的叶片弹簧既可以使镶刀片向外推动延伸，也可以在松弛后将它向内拉紧。其每侧最大的移动距离为0.127mm。在发动机生产过程中，这一较小的移动量足以使孔径成形，并纠正其圆柱度问题。

2、模块式组合镗刀

模块式镗刀即是将镗刀分为：基础柄(Basic Holder)、延长器(Extension)、减径器(Reduction)、镗杆、镗头(Boring Head)、刀片座(Insert Holder)、刀片(Insert)、倒角环等多个部分，然后根据具体的加工内容（粗镗、精镗；孔的直径、深度、形状；工件材料等）进行自由组合。这样不但大大地减少了刀柄的数量，降低了成本，也可以迅速对应各种加工要求，并延长刀具整体的寿命。

模块式小径内孔镗刀

模块式镗刀最先出现在欧洲市场，大约20年前日本大昭和精机株式会社(BIG)与瑞士KAISER公司进行技术合作，BIG-KAISER模块式镗刀首次出现在日本市场，并逐渐取代了一体式镗刀的地位。

现代镗刀之所以能够提供高精度和较大灵活性的另一因素是模块式组合镗刀的制造商也像其他的制造商那样，已经投资了较好的生产加工工艺，以便充分发挥现代机床的加工能力。因此，模块式组合镗刀具有更高的精度。零件的组装重复精度达到0.0127～0.0178mm是可以接受的。情况不再如此了。Ingersoll刀具公司的模块式组合刀具一般的公差尺寸范围为2～4mm。

Ingersoll公司的模块式镗刀可根据用户的需要，直接将库存的模块元件组装成镗削系统。当然，这并不是意味着单件的实心镗杆将很快在任一时间退出历史舞台。Ingersoll公司也投资了一条实心镗杆生产线，使用导向块作为它们的起点，他们可能会应用PCD镶刀片加工有色金属，或使用CBN镶刀片加工铸铁。只需调节刀片的前、后角，就能够使孔径达到相应的精度要求。

这类镗杆不需要随同钻孔就可以自动镗孔。有时候，Ingersoll刀具公司根据所谓的可控刀杆来生产这类镗杆，就可以对主轴和工件之间任何未经校准的地方进行补偿，因此效果非常不错。这些刀杆上装有调节螺丝，可补偿X轴和Y轴的倾斜角度，从而使操作人员可根据工件的相对位置来测量调节刀具。

这类刀具的其中一项用途就是镗削加工汽车的阀座。生产一种特殊的刀具应用于一种可控的刀杆上，也许就能够使客户不必对气缸体或气缸盖进行磨削加工，其经济效益是十分可观的。

3、联轴机构提高镗刀的稳定性

镗削加工技术的另一新发展导致采用更好的刀具夹持方式。例如为了能够在车床上进行镗削加工，Sandvik Coromant公司开发了一种称作EasyFix易于夹持的套筒，这种套筒简化了刀具在中心线死点上的调节程序。当安装较小直径的镗杆时，这一功能可以帮助用户节约很多时间，因为较小直径的镗杆较难控制，一般应用于中心线偏差较小而危害极大的地方。

对于旋转刀具的应用领域而言，Sandvik公司的工程师们将全部精力集中在刀具的稳定性方面。在过去，人们将刀具夹持在只有直柄和几个螺丝的端铣刀夹座上。使用Allen螺丝的普通夹持机构和镗刀夹座只能对直径产生7%～10%的影响力。由于接触量较少，因此不太稳定，容易产生振动，尤其在今天切削速度普遍较高、而又处于长期悬挂的情况下更是如此。因此，许多刀具制造商重新又回到了制图板前，开始开发可提高稳定性的联轴机构。

在Sandvik公司，工程师们使用该公司的Coromant Capto联轴机构，这种机构是以多边形系统为基础的，可以使镗杆的接触面沿着其联轴机构的轴线部分均匀地分布在圆周上。夹座后的活动螺丝以大约35.6N的轴向拉力，将该机构的各零件一起拉向锁紧锥体上。这样，不但获得了面对面的接触，而且还保证了刀具四周的夹持力。联轴夹持机构可使切削力分布在整个多边形的周围，每一联轴机构的偏差为0.0051mm。

由于其接触面大、轴向拉力高、光滑的淬火表面硬度达RC63，因此其所产生的稳定性和刚性使模块式组合刀具比实心刀杆具有更好的优越性。各元件之间的连接点不但不会产生振动，而且还可以将镗杆分成几个部分，从而使其与更加合适、有利的频率协调。采用这种概念的模块式组合刀具，实际上其加工性能比实心镗杆更加稳定。

尽管采用更加稳定的设计和更好的生产技术具有重要的意义，但不平衡性是该工艺所固有的缺点，在现今高主轴转速的情况下已变成了一个尖锐的问题。加工镗刀一般是一种在主轴上偏心安装的刀具。刀具的移动方向垂直于旋转轴，并由此而产生较大的不平衡性，从而对直径进行修正。由于在过去几年中，主轴的速度在不断提高，因此要保持公差精度和较好的表面光洁度就越来越困难了。

4、提高镗刀的平衡性

鉴于此，几十年来，镗刀制造商们在镗刀头上增加了平衡配重装置。采用这种类型的第一代产品需要技术和时间。在调节直径的同时，操作人员需要手工调节重量，技术人员需要在平衡机上测定刀具，调节配重装置，直到刀具达到平衡为止。如果对刀具的调节需要尽可能挤出每一秒时间的话，采用这类方法所花的时间实在是太长了。

为此，像BIG Kaiser精密刀具公司那样的刀具制造商们开发了可自动补偿平衡的镗刀头，用户在镗削直径时可使镗刀起到平衡的作用。当镶刀片移动时，配重装置也在相反的方向上不断地移动来补偿平衡。因此，只需作一次调节。这种方法既可节约时间，又可降低产生误差的机率。

Command公司还安装了一种内置机构，在加工特殊的直径时，可简化其Urma MicroMax镗刀头的平衡程序。其设计特点是可以让操作人员精确地平衡镗刀头，而不需要将它们放在平衡机上测量。这种方法可以比普通的刀具采用更高的镗削速度。在平衡状态下的镗削加工，还能提高正圆度和表面光洁度。在某些情况下，当旋转的速度高达20000r/min时，镗刀头就会充分发挥出这些优越性。

在稳定性方面的改善并不局限于镗刀头的创新。刀具制造商也在努力采取各种措施，以克服镗刀的振动问题，例如在其内部安装一些防振机构。安装这些机构以后，可延伸其实际长度：使直径纵横的比例或悬臂长度达到直径的15倍。在某些情况下，如果能够正确地使用协调原理和镶刀片几何形状，Sandvik Coromant公司还可使镗杆的长度达到直径的20倍。

虽然防振装置会增加镗杆的成本，但Sumitomo公司认为其新型防振X镗杆将能改变这一技术的经济性能。这种钢制的镗杆包括一个简单的机械防振装置，据报告称该装置可以很好地控制振动，从而可产生很高的表面光洁度，在6倍直径的情况下，可延长刀具的使用寿命。

刀具系统具有更好的平衡性和更大的刚性，这一优点使它能够配置应用一些镶刀片技术，对于镗削加工而言，意义重大。例如，Sandvik Coromant公司已经在其精加工镗刀系列上增加了带有清扫装置的镶刀片。因为在清扫装置几何形状上的刃面较长，而且清扫装置也加强了刀尖半径，并使刀刃能保持较长的切屑。清扫装置的几何形状不仅提高了进给速度，而且也提高了表面光洁度，实际上还省去了磨削工序。因为它们还允许采用很锋利的刀刃，要在孔径上保持0.5‰的公差是很不寻常的。

当然，在切削过程中的接触面越大所产生的摩擦力就会越大。因此，Sandvik公司为其清扫器镶刀片设计了特殊级别和特殊几何形状，从而使切削动作尽可能地自由，以限制热量的产生，并承受所可能产生的额外热量。Sandvik公司还推荐使用通过刀具的切削液，以帮助冷却切削区域，使其保持很好的公差尺寸。

为了提高粗加工的生产率，Sandvik公司引进了三刃模块式组合镗杆CoroBore 820。该公司的工程师们为这一旋转刀具开发了一种模块式结构的导轨系统，代替普通的套筒式机构，以使其能够固定安装到双刃镗杆上的两个孔穴中。额外增加的孔穴可比双切削头形式的装置的生产率提高50%。

现代镗刀较好的平衡性和稳定性，还具有另一重要的优点，这就是它们可以使用有先进材料制成的镶刀片，例如CBN镶刀片和带有PCD刀尖或PCD刃面的镶刀片。为了改善高转速镗刀的平衡有效性，Seco Carboloy公司曾经做过许多试验，特别是对于像铝材那样的有色金属。

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