VMC上深孔加工
发表时间:2009-04-02 08:16:06; 来源:
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当冷却液不能到达深孔的底部时，切屑很可能堵塞了钻槽，使热量聚集而损坏钻具与工件。 |
大多数加工设备的控制系统提供了深孔加工的钻削加工，控制钻具钻入材料特定的距离后，从孔内完全退出，然后再钻入孔中。此类钻孔周期，当钻头退出时，钻屑在冷却液冲刷下会落入孔中。这种情况尤其会发生在钢料的加工中。当钻头再次进入后，它将撞击位于孔底部钻屑。钻屑在刀具的作用下开始旋转，将钻屑切断或熔化。在手动钻孔中，操作者能感觉到切屑阻碍钻头旋转，就停止加工来清理吹净钻屑。无论如何，这样的加工周期可以编写到程序中，在上次退刀排屑前暂停加工，以避免此类情况的发生。
在不同深度退刀加工循环的实例中，加工到1英寸使进行第一次退刀排屑，下一次退刀只再钻入0.5英寸深，接着再进0.25英寸深,而最后一次退刀排屑只比上一次退刀再进0.05英寸深。钻头在孔中钻的越深，减少退刀深度将有助于消除刀具周围钻屑的堆挤。钻的孔越深则冷却液进入也越困难，因此退刀既用于排出钻屑也可以让更多的冷却液流到钻具的顶部。
使用机床控制系统编写特殊的加工代码，可以得到特殊加工路径，在任何时候写入新的加工位置时，设备都能够自动运行。
退刀排屑并不只限于深孔加工，在每次退刀中，即使只有很小距离，它也能起到折断钻屑的作用，从而排除了钻屑落入孔内的问题。退刀排屑的时间决定了钻屑的长度，去除缠绕在刀具上的钻屑通常被称作“天使的头发”。这些钻屑会令冷却液随着它从孔内排出，使钻头上的热量聚集而引起刀具的过分磨损。这种情况最终将导致刀具彻底损坏。深孔加工与退刀排屑的缺点是花费了太多的时间来完成每个孔的加工。其时间将用在刀具的进刀与快速的退刀，再快速地退回和进刀。以一次退刀排屑的周期所需时间乘以被加工孔数再加上延误的时间。即使每个孔只增加几秒钟，钻孔效率也大大降低了。在工序多的产品加工中，这种低效率会成为严重制约。
让冷却液到达孔的底部
| 为达到高效的深孔加工，钻具几何形状必须与加工方法以及工件材质相匹配。宽型钻槽更利于钻屑的排出。 |
钻具的几何形状对成功的深孔加工是一个关键因素。钻槽的尺寸与空间影响钻屑的排出。例如，钻具上开放的凹槽使钻屑能够向上流动并从孔内容易排出，尤其在采用穿轴式冷却系统中。但在孔的底部如果没有液流，开放凹槽设计也会遭受钻屑堵塞和钻的断裂。
当今的技术已经能够使刀具制造商依据钻削加工的特性设计出更有利于排屑的钻具，并最大程度地避免刀具过热。采用较高级的合金钢制造可提高寿命，这种刀具特性具有新形状，可以辅助深孔加工。因为刀具刚性较大，在深孔加工中很少有偏离现象发生。
在高速机床中，一些合金刀具有冷却孔贯穿整个刀体。尽管此类刀具可以让顶部有更多的冷却液，但它们的价格非常昂贵。这此新型的刀具要求高压冷却液，高主轴速度，高电机功率才能发挥高效。如果加工设备缺乏这些特性，那么购买这种刀具只是浪费。
标准的钻削刀具在顶部又宽又薄。一些钻的设计将顶部分成几个小部分或者将其设计得更窄，从而提高刀具性能。也有些对顶部的几何形状进行改进。这些特殊的几何形状，可用来加工更深的孔，并提高光洁度，直线度，精确度，刀具的寿命与生产效率。
另外，特殊的涂层有时也被应用在刀具的刃口上以使磨擦产生的热量达到最小。涂层有助于形成良好的钻屑，使其更快的向上并排出孔内。由涂层增加的成本与刀具寿命的延长相抵消。
机床特性
在深孔加工中设备的稳固性起主要作用，因为设备基础越不稳定，在顶部与机台上将产生越大的振动，造成刀具的断裂。对于深孔加工而言，设备所具有的特性包括：铸件采用均匀薄壁以避免热变形，具有大接触表面的箱形结构，不产生弯曲且坚固的头部与立柱。并要求低振动的主轴。
在深孔加工中，当压力作用在钻头上时，刚性较小的机床会导致立柱弯曲。结果造成钻的弯曲，降低了精度并导致刀具磨损，最终导致刀具断裂。在头部过大压力的作用下，钻头会产生一个加工角度，并最终会脱离正确的加工位置。
具有中心通孔的刀具，可以使高压冷却液到达孔的底部，冷却液冲刷出钻屑并带走热量。
其它方面的改进对改善钻孔效果也有帮助。例如，一个系统用于维持主轴速度，当负载增加时确保在钻具上对钻屑有恒定的负载。在加工过程中如果主轴的速度降低，刀具的负载与切屑的负载将会增加并容易崩断刀具。Fadal立式加工中心的主轴矢量驱动系统提供了这项功能。在这些立式加工中心中有另一个特性，那就是双主轴电机线圈，可提供低速范围到2,500rpm及高速范围2,500到10,000rmp。该特性增加了采用双动力驱动矢量驱动的主轴电机在高速上运行的功能。在深孔加工中也有益处，是刀具负载补偿，使程序员设计刀具负载在不同的加工条件下随着进刀速率动态变化。
满足需求
穿轴式冷却，钻头的几何形状，合金刀具，涂层以及周期选择是加工
深孔时的重要因素。每个因素都影响孔的完整性，制造周期，刀具寿命及孔底的毛刺。深孔加工的最佳组合是采用高压冷却，带有开放式钻槽，具有涂层的合金刀具及单次退刀完成孔的加工。
当我们考虑怎么使用手边的工具时，必须要考虑钻得种类、性能以及可选的加工设备。不同的工作，可以有很多种不同的加工方法。所以必须了解不同的材料，刀具，特性及加工设备在不同情况下的作用，这决定了我们是否能够达到最终加工目标。
