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作為一種新型孔加工方式,螺旋銑孔技術(shù)具有切削過程平穩(wěn)、刀具承受切削力小和一次加工即可滿足精度要求的優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)已成為國內(nèi)外材料加工研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。那么,傳統(tǒng)鉆削與螺旋銑孔加工工藝有什么不同呢?
傳統(tǒng)鉆削工藝
傳統(tǒng)的鉆削加工主要有以下特點(diǎn):
其一,在傳統(tǒng)的鉆孔過程中,主軸中心的線速度為0,即鉆頭中心不參與切削,工件的中心區(qū)域材料要完全依靠鉆機(jī)向下的推力將其擠出來去除,因而鉆頭所承受的Z向力很大,當(dāng)加工鈦合金等難加工材料時,刀具的快速磨損失效也就在所難免了。
其二,傳統(tǒng)鉆孔加工過程是一個連續(xù)的切削過程,刀刃始終與工件相接觸,切削時接觸面溫度很高,而鈦合金的導(dǎo)熱性差,連續(xù)的切削過程使溫度不斷累積,這也加速了刀具的磨損失效,導(dǎo)致加工表面質(zhì)量下降。
其三,傳統(tǒng)鉆孔加工的排屑方式也是導(dǎo)致刀具失效的一個原因。鉆孔過程中,切屑從鉆頭狹槽中排出,排屑速度慢,而切削熱主要是由切屑帶走的,當(dāng)切削熱不能及時疏散時,大量切削熱留在了工件和刀具上,這會加速刀具的磨損失效。
另外,切屑與已加工孔的表面有直接接觸時,加工表面會被劃傷,顯然這種排屑方式又影響了孔的表面質(zhì)量。一般說來,傳統(tǒng)鉆孔加工質(zhì)量是無法滿足飛機(jī)制造業(yè)的精度要求的,還必須依靠其他工序來保證孔的表面質(zhì)量,從而降低了工作效率,同時也提高了加工成本。從技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)角度考慮,傳統(tǒng)鉆孔工藝已不再適用于飛機(jī)制造業(yè)。
螺旋銑孔工藝
與傳統(tǒng)的鉆削加工相比,螺旋銑孔采用了完全不同的加工方式。螺旋銑孔過程由主軸的“自轉(zhuǎn)”和主軸繞孔中心的“公轉(zhuǎn)”2個運(yùn)動復(fù)合而成,這種特殊的運(yùn)動方式?jīng)Q定了螺旋銑孔的優(yōu)勢。
首先,刀具中心的軌跡是螺旋線而非直線,即刀具中心不再與所加工孔的中心重合,屬偏心加工過程。刀具的直徑與孔的直徑不一樣,這突破了傳統(tǒng)鉆孔技術(shù)中一把刀具加工同一直徑孔的限制,實(shí)現(xiàn)了單一直徑刀具加工一系列直徑孔。這不僅提高了加工效率,同時也大大減少了存刀數(shù)量和種類,降低了加工成本。
其次,螺旋銑孔過程是斷續(xù)銑削過程,有利于刀具的散熱,從而降低了因溫度累積而造成刀具磨損失效的風(fēng)險。更重要的是,與傳統(tǒng)鉆孔相比,螺旋銑孔過程在冷卻液的使用上有了很大的改進(jìn),整個銑孔過程可以采用微量潤滑甚至空冷方式來實(shí)現(xiàn)冷卻,是一個綠色環(huán)保的過程。
第三,偏心加工的方式使得切屑有足夠的空間從孔槽排出,排屑方式不再是影響孔質(zhì)量的主要因素。由此可見,該項(xiàng)技術(shù)有著廣闊的發(fā)展空間和良好的市場前景,但作為新的加工方式,其加工機(jī)理有待進(jìn)一步研究探討。
螺旋銑孔的優(yōu)勢
(1)提高加工孔的質(zhì)量和刀具壽命。
相對于傳統(tǒng)的鉆孔技術(shù),螺旋銑孔顯著地提高了孔的質(zhì)量和強(qiáng)度;螺旋銑孔屬于斷續(xù)切削,較低的銑削力使得加工的孔無毛刺;刀具直徑比孔小,切屑得以順利排出,使得孔表面的粗糙度值能大幅降低;在加工復(fù)合型材料時,消除了以往傳統(tǒng)打孔由于刀尖鈍化導(dǎo)致的脫層、剝離、孔表面質(zhì)量低等情況。
傳統(tǒng)鉆孔刀具中心的切削能力低下,且易積聚發(fā)熱快速磨損,刀具壽命普遍較低;螺旋銑孔則由于較低的銑削力使刀具壽命顯著提高。
(2) 縮短研制周期,節(jié)約加工成本。
在制造飛機(jī)或其他重型機(jī)器時,使用螺旋銑孔技術(shù)將會大大縮短研發(fā)周期,降低成本。
應(yīng)用螺旋銑孔技術(shù),可用同一把刀加工不同直徑的孔和復(fù)雜形狀的孔。由于其加工方法的優(yōu)越性,可以節(jié)省傳統(tǒng)的锪錐孔、鉸孔等工作。這意味著,今后加工孔的刀具種類型號會不斷減少。從整個研制周期來看,使用螺旋技術(shù)可減少很多工序(如分解拆卸后對不同的孔分別進(jìn)行毛刺去除處理、鉸孔、清除冷卻液,再進(jìn)行組裝),大大縮短加工周期。
(3) 高度自動化。
實(shí)現(xiàn)更高的自動化程度,也是降低加工成本的一種方式。由于螺旋銑孔工藝銑削力低,此項(xiàng)技術(shù)才能在工業(yè)機(jī)器人裝置上得以應(yīng)用。由于工業(yè)機(jī)器人裝置比較柔弱,而傳統(tǒng)鉆孔軸向力太大,因此傳統(tǒng)鉆孔是無法應(yīng)用在此類裝置上的。
(4) 促進(jìn)新材料的使用。
在飛機(jī)的零部件中使用新型材料是明顯的發(fā)展趨勢,鈦合金、復(fù)合材料等新型材料已得到廣泛應(yīng)用。而新型材料的研制使用需要適合的加工工藝支撐,在孔加工方面,研究表明,相對于傳統(tǒng)鉆孔技術(shù),螺旋銑孔技術(shù)有著顯著的優(yōu)勢。
螺旋銑孔工藝只需1把刀具就可以加工出不同直徑、高質(zhì)量的孔,既減少了換刀時間,又節(jié)省了精加工的工序,大大提高了工作效率。鑒于螺旋銑孔技術(shù)的優(yōu)勢,各大企業(yè),特別是航空、模具行業(yè)中的許多企業(yè)已開始將它應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中。隨著這種技術(shù)的推廣和應(yīng)用,傳統(tǒng)的鉆孔刀具將會慢慢被淘汰,而新型銑孔裝置將越來越多地出現(xiàn)在機(jī)械加工車間中。
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