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孔加工技術發(fā)展動向(xiàng)
發(fā)布時間 : 2019-04-09 浏覽次數 : 1832 次
在機械零件加工作業中，孔加工所占比例相當大，與高速銑削相類似的高速、高精度鑽削加工已提上議事(shì)日程，高效率孔加工對(duì)于促使零部件生産合理化是不可或缺的重要工藝過(guò)程。近年來，零部件生産大都(dōu)采用以CNC機床爲中心的生産形态，進(jìn)行孔加工時，也大都(dōu)采用加工中心、CNC電加工機床等先進(jìn)設備。無論哪個領域的孔加工，實現高精度和高速化都(dōu)是取得用戶訂單的重要競争手段。
高速孔加工所用加工中心(MC)的條件
實現孔加工高速化的先決條件是必須采用高速加工中心，而機床的高速化必須滿足下列條件。
1.配備高速回轉主軸
鑽頭和立銑刀一樣(yàng)帶有中心齒，由于中心齒附近有一種(zhǒng)圓周速度，因此，切削速度向(xiàng)高速化發(fā)展時，主軸的轉速也必須實現高速化。特别是在使用小直徑鑽頭時，主軸的高速化更是不可缺少的。今後(hòu)，随著(zhe)孔加工高速化的進(jìn)展，預計轉速達30000～100000r/min的主軸需求將(jiāng)不斷增多。同時，由于達到規定的高速回轉所需時間很短以及要求Z向(xiàng)(鑽頭切削方向(xiàng))主軸伸出長(cháng)度應控制在最小程度之内，因此，高速主軸的配置是實現高速高精度孔加工不可缺少的條件。
2.可動部分具有動作敏捷的功能(néng)
主軸和工作台等可動部分應盡可能(néng)減輕重量，以實現動作快捷化，這(zhè)也是進(jìn)行高速孔加工必須具備的條件。1個孔的加工時間隻需數秒鍾，因此，必須縮短孔與孔之間的工具移動時間，這(zhè)是實現高效率切削的關鍵問題，解決此問題的途徑首先即爲可動部件的動作必須靈活快捷。例如，即便達到了高精度的定位精度，但如機床可動部分的動作不夠靈敏快捷，也就不可能(néng)滿足當前用戶提出的實現高速孔加工的要求。通常是用加速度特性(G值)來判斷機床可動部分的快捷性能(néng)，當G=0.8～1.5時，可判斷該機床爲具有高度快捷性能(néng)的加工中心。
3.工作台與機床整體面(miàn)積的比例應較小
作爲加工中心的用戶，他們希望工作台及工作台以外的部分所占空間應盡可能(néng)少一些。尤其是孔加工這(zhè)類加工成(chéng)本較高而附加價值又較低的加工領域，最好(hǎo)使用那種(zhǒng)結構緊湊的加工中心。如日本理化研究所試制的高速CNC銑床，其加工範圍爲300mm2，機床本體所占面(miàn)積950mm2，機床所占面(miàn)積約爲可加工最大工件尺寸的三倍，整個結構相當緊湊。該銑床主軸轉速爲45000r/min，可進(jìn)行高速切削。主軸爲XY方向(xiàng)移動式結構(工作台僅限Z軸移動)，其加速度特性值G=1.5，表明該機床具有快捷動作功能(néng)。
4.主軸可直接供給冷卻液
在鑽削過(guò)程中，加工L/D(鑽頭直徑與孔深之比)在5以上的孔必須特别注意排屑問題，最好(hǎo)選用帶供油孔的鑽頭，以便進(jìn)行穩定的加工。采用由主軸中心供給冷卻液的方式，對(duì)于更換卡具的鎖緊螺栓則更爲方便。
5.具有孔加工用CNC工具插補功能(néng)
CNC切削的特點在于可以進(jìn)行控制工具軌迹的合理加工，在對(duì)孔進(jìn)行CNC切削加工時，可采用螺旋切削、等高走刀、對(duì)切等工具插補方式，具有這(zhè)些功能(néng)的CNC控制系統均可在孔加工中加以應用。
跨入高速鑽孔加工新時期
長(cháng)期以來都(dōu)是利用鑽頭進(jìn)行高精度孔、螺紋孔等通孔及螺栓孔等的加工，最近，這(zhè)類加工已經(jīng)向(xiàng)高速切削方向(xiàng)迅速發(fā)展。
在孔加工作業中，目前仍大量使用高速鋼麻花鑽，但各企業之間在孔加工精度和加工效率方面(miàn)已逐漸拉開(kāi)了差距。高速切削鑽頭的材料以陶瓷塗層硬質合金爲主，如MAZAK公司和森精機制作所在加工鑄鐵時，即采用了陶瓷塗層鑽頭。在加工鋁合金等有色材料時，可采用金剛石塗層硬質合金鑽頭、DLC塗層硬質合金鑽頭或帶金剛石燒結體刀齒的鑽頭。總之，今後(hòu)將(jiāng)會不斷開(kāi)發(fā)出許多新型的高速切削鑽頭。
在各種(zhǒng)塗層鑽頭中，陶瓷塗層硬質合金鑽頭特别重視耐磨性、耐熱性及潤滑性，其塗層工藝也采取多層塗覆方式，如利用TiAlN、TiN、TiCN等複合氮化物形成(chéng)複合塗層結構。鑽頭的切削條件總的趨勢是高速化，随著(zhe)被(bèi)加工材料的不同，切削速度已可分别達到200～300m/min。
高速鑽頭切削是一種(zhǒng)高速大進(jìn)給量的發(fā)展趨勢，類似球頭立銑刀切削條件的發(fā)展趨勢。切削實踐表明，提高切削速度有利于切屑形态的合理化和改善加工表面(miàn)的粗糙度，預計今後(hòu)仍將(jiāng)沿著(zhe)高速切削的方向(xiàng)發(fā)展；提高進(jìn)給量對(duì)斷屑排屑和延長(cháng)刀具壽命非常有利，因此，今後(hòu)也仍將(jiāng)沿著(zhe)大進(jìn)給的方向(xiàng)不斷發(fā)展。
目前，高速孔加工大都(dōu)采用主軸帶供液孔的加工中心，這(zhè)種(zhǒng)設備有利于提高鑽頭的切削速度。例如，用φ10mm塗層硬質合金鑽頭在S45C材料上加工淺孔時，切削速度可達250m/min，進(jìn)給速度可達1600mm/min(相當于0.2mm/r)，在此條件下，加工1個孔隻需1秒鍾左右。日立精機公司、布拉薩工業公司均采用此條件進(jìn)行淺孔加工。布拉薩公司在此條件下，用金剛石塗層硬質合金鑽頭在鋁合金杆料上加工小直徑孔時，1個孔隻需0.2～0.5秒鍾左右即可完成(chéng)。預計，今後(hòu)小直徑孔加工將(jiāng)進(jìn)入1秒鍾加工1個孔的高速加工時期。
高速切削對(duì)鑽頭壽命的影響因素甚多，諸如由于切削熱較高而引起(qǐ)刃部磨損，切削振動將(jiāng)導緻崩刃、切屑纏繞，甚至引起(qǐ)鑽頭折斷等。
爲了減少上述故障對(duì)鑽頭壽命的影響，可采取如下一些技術措施：
1.選用耐磨性優異，适宜于高速鑽削的刀具材料，例如塗層硬質合金等。
2.選取适應高速切削的切削刃形狀，如确定合适的鑽尖角和刃口倒棱等。通常鑽尖角可選爲130°～140°，這(zhè)種(zhǒng)角度可有效減小切削扭矩；另外，可采取十字形修磨等方式，使切削刃與被(bèi) 切削面(miàn)的接觸面(miàn)積盡可能(néng)減小。同時，應盡量提高柄部和切削刃部分的振擺精度及凸緣部分的高度精度。
3.選用夾持剛性和振擺精度高的夾具，同時應減輕夾具重量，以利于動作快捷化。例如，HSK刀柄的熱裝式結構就是目前比較理想的夾持系統。
高速鑽削時，爲了提高刃口冷卻和排屑效果，可采用直接向(xiàng)切削刃供給冷卻液的供液方式，以獲得穩定的切削效果。冷卻液中，除切削液外，還(hái)可添加少量植物油和空氣，形成(chéng)混合的霧狀冷卻劑。
可轉位鑽頭的發(fā)展動向(xiàng)
可轉位鑽頭是一種(zhǒng)作爲切削刃的刀片可更換的工具，與普通鑽頭相比，其直徑較大，不過(guò)最近已開(kāi)發(fā)出φ10mm的小型可轉位鑽頭。目前，可轉位鑽頭已系列化，幾乎可以涵蓋整體式鑽頭系列的各類産品。鑽頭刀片一般采用塗層硬質合金材料制作，隻有少數産品采用燒結高速鋼、金剛石燒結體、CBN燒結體等材料。可轉位鑽頭通常隻有1個刀片，也可有兩(liǎng)個刀片，即分别爲中心齒和外周齒。在進(jìn)行大直徑孔加工時，鑽頭可安裝2個以上的刀片。裝單個刀片的鑽頭與整體式鑽頭類似，尖端爲三角形狀，這(zhè)樣(yàng)可減小切削阻力；爲了便于切屑的分斷，刀片均帶有斷屑槽。刀片夾緊方式因廠家而異，在多數情況下，均采用1個或幾個螺釘緊固刀片。當帶有2個以上刀片時，刀片形狀和斷屑槽形狀均各不相同。最近這(zhè)一趨勢尤爲明顯。
可轉位鑽頭開(kāi)發(fā)的初期，隻能(néng)加工深度爲鑽頭直徑3倍左右的孔，目前已發(fā)展到可加工5D～8D(D爲鑽頭直徑)的深孔。在加工那些孔規格統一的零件時，使用可轉位鑽頭效果最爲明顯。例如，利用裝有多刀片的鑽頭，可同時對(duì)孔入口處進(jìn)行倒棱和锪孔等作業，這(zhè)對(duì)提高孔加工效率是極爲有利的。
CNC孔加工技術
CNC切削是使切削加工更加合理化的加工方式，進(jìn)行CNC孔加工時，可采用具有多方向(xiàng)切削功能(néng)的立銑刀、螺旋切削插補及等高切入插補等方式，它要求選用盡可能(néng)少的刀具來對(duì)少量孔進(jìn)行最爲合理的加工。近來，生産中采用高速銑削方式進(jìn)行孔加工即爲此類加工的應用實例。高速銑削具有下述特點：
1.利用球頭立銑刀和螺旋插補的鑽頭，可進(jìn)行镗削和倒棱加工；
2.球頭立銑刀配合螺旋插補法，可進(jìn)行錐度孔的連續加工；
3.加工螺紋用的立銑刀配合螺旋插補法，可進(jìn)行各種(zhǒng)螺紋孔加工；
4 .立銑刀配合等高切入插補，可對(duì)孔進(jìn)行半精加工和精加工。
總之，利用工具插補功能(néng)，可對(duì)任意尺寸的高精度孔進(jìn)行高效率精密加工。尤其在采用高速銑削時，各刀齒所承受的負荷相對(duì)較輕，因而用同一把塗層硬質合金立銑刀，可對(duì)多種(zhǒng)被(bèi)加工材料進(jìn)行高速高精度孔加工。今後(hòu)，這(zhè)種(zhǒng)加工方式可望進(jìn)一步用于幹式切削領域。
高速高精度孔加工
除采用CNC切削方式對(duì)孔進(jìn)行精密加工外，還(hái)可采用镗削和鉸削等方式對(duì)孔進(jìn)行高精度加工。随著(zhe)加工中心主軸的高速化，已可采用镗削工具對(duì)孔進(jìn)行高速精密加工。據報道(dào)，目前在鋁合金材料上進(jìn)行φ40mm左右的镗削加工時，切削速度已可提高到1500m/min以上。在用CBN燒結體作切削刃加工鋼材、鑄鐵及高硬度鋼時，也可采用這(zhè)樣(yàng)的切削速度。預計，今後(hòu)镗削加工的高速化將(jiāng)會迅速普及推廣。
爲了實現镗削加工的高速化和高精度化，必須注意刀齒振動對(duì)加工表面(miàn)粗糙度和工具壽命的影響。爲了防止加工精度和工具壽命下降，所選用的加工中心必須配備動平衡性能(néng)優異的主軸，所選镗削刀具也必須具有很高的動平衡特性。尤其是镗削工具的刀齒部分，應選擇适用于高速切削的幾何形狀、刀具材料及裝卡方式。切削刃端部的R應較大，以利于提高加工效率；在保證獲得同等加工表面(miàn)粗糙度的前提下，應加大進(jìn)給量。但加大進(jìn)給量應适可而止，否則將(jiāng)增大切削阻力，不利于提高加工效率。切削刃帶應設置0.1mm以下的負倒棱，這(zhè)樣(yàng)可有效保持刀具壽命的穩定。
至于刀具材料，則視被(bèi)加工材料性質而有所不同。如加工40HRC以下的鋼等材料時，可選用金屬陶瓷刀具，這(zhè)種(zhǒng)刀具在v=300m/min以上的高速切削條件下，可獲得良好(hǎo)的加工表面(miàn)粗糙度與較長(cháng)的刀具壽命。塗層硬質合金刀具則适用于對(duì)60HRC以下的鋼材等進(jìn)行高速切削，刀具壽命非常穩定，但切削速度稍低于金屬陶瓷刀具。
CBN燒結體刀具适用于加工高硬度鋼、鑄鐵等材料，切削速度可達1000m/min以上，而且刀具壽命非常穩定。CBN刀齒的刃帶部分應進(jìn)行适當的倒棱處理，這(zhè)種(zhǒng)處理對(duì)進(jìn)行穩定的高速切削和延長(cháng)刀具壽命極爲有利。在對(duì)鋁合金等有色金屬及非金屬材料進(jìn)行超高速切削時，可選用金剛石燒結體刀具，這(zhè)種(zhǒng)刀具切削穩定，刀具壽命也很長(cháng)。應注意的是，使用金剛石刀具時，刀齒刃帶必須進(jìn)行倒棱處理，這(zhè)是保證切削穩定的重要條件。
在鉸削加工方面(miàn)，目前尚未見到高速、高精度的新型刀具問世，該領域的研究開(kāi)發(fā)工作似乎處于停滞不前的狀态。高速鉸刀迄今仍被(bèi)某些特定的用戶用來進(jìn)行高速高精度孔加工。這(zhè)種(zhǒng)鉸刀帶有負前角，剛性高，斷屑效果好(hǎo)，在高速切削條件下，可進(jìn)行穩定的精密孔加工。該鉸刀的特點是，采用較大的負前角和奇數刀齒，其高速切削的速度是過(guò)去的鉸刀無法達到的，因此，可以說此種(zhǒng)設計對(duì)鉸刀的傳統概念進(jìn)行了大膽的突破，是一種(zhǒng)高效率的鉸削刀具。
高速螺紋切削刀具
随著(zhe)CNC切削的發(fā)展，目前已開(kāi)發(fā)出一些相應的複合型刀具産品，如將(jiāng)鑽削和螺紋切削融爲一體的新型螺紋加工刀具，鑽孔和螺紋切削在一個行程内完成(chéng)。這(zhè)種(zhǒng)複合型刀具使螺紋孔加工更加合理，加工效率也大爲提高。
螺紋切削用的新型立銑刀采用了螺旋切削插補方式，該立銑刀可加工M3以上的螺紋孔，排屑性能(néng)良好(hǎo)，可獲得穩定的高精度加工效果。一般的絲錐也正在朝著(zhe)高速切削和加工高硬度鋼的方向(xiàng)發(fā)展，攻絲刀具的應用範圍正在不斷擴大。
絲錐實現高速切削的基本條件如下：
1 應重視刀齒的切削功能(néng)，例如，選擇刀齒設計有後(hòu)角的絲錐，切削效果比較理想；
2 .絲錐的夾持應選用剛性良好(hǎo)的夾具，如選用彈簧夾具、熱裝式夾具等。
3.加工中心等機床在切削回轉過(guò)程中，應具有很高的同步精度。
對(duì)于高速攻絲作業，如能(néng)滿足攻絲刀具、工具軌迹及切削條件、夾具及所用加工中心的功能(néng)，即可實現穩定的高精度高效率螺紋切削加工。
今後(hòu)所要求的微細孔加工技術
随著(zhe)IT相關産業的發(fā)展，近年來，光學(xué)和電子工業所用裝置的零部件産品的需求急速增長(cháng)，這(zhè)種(zhǒng)增長(cháng)刺激了微細形狀及高精度加工技術的迅速發(fā)展。其中，微細孔加工技術的開(kāi)發(fā)應用尤其引人注目。微細孔加工早已在印刷電路闆等加工中加以應用，包括鋼材在内的多種(zhǒng)被(bèi)加工材料，均可用鑽頭進(jìn)行小直徑加工。例如，Dijet公司最近開(kāi)發(fā)出一種(zhǒng)新型麻花鑽，它將(jiāng)聚晶金剛石和硬質合金燒結成(chéng)一個整體作爲切削刃，這(zhè)種(zhǒng)鑽頭可對(duì)鋁合金、鎂合金、石墨和塑料等進(jìn)行高速高精度加工，刀具壽命也大幅度延長(cháng)。該鑽頭的螺旋角爲30°，最小直徑爲φ0.4mm，同時還(hái)生産一種(zhǒng)擠光鑽頭，最小直徑爲φ0.88mm。這(zhè)類鑽頭産品已系列化，最顯著的特點是加工表面(miàn)粗糙度得到極大的改善。
三菱綜合材料公司開(kāi)發(fā)出一種(zhǒng)金剛石塗層硬質合金鑽頭，直徑爲φ0.2～3.0mm。這(zhè)種(zhǒng)鑽頭在加工鋁合金時，轉速可高達32000r/min，進(jìn)給量爲0.09mm/r，進(jìn)給速度爲3008mm/min，在此條件下，刀具壽命爲加工30萬個孔。
在加工高硬度工件的鑽頭品種(zhǒng)中，MMC神鋼工具公司開(kāi)發(fā)的鑽頭表現極佳。用該公司的φ0.4mm鑽頭加工SKD11材料(60HRC)時，可在轉速6000r/min、進(jìn)給速度30mm/min條件下，進(jìn)行長(cháng)時間穩定的切削加工。三菱綜合材料公司最近推出一種(zhǒng)帶供油孔的小直徑鑽頭(φ2mm)，在切削速度60m/min、進(jìn)給量0.02mm/r的條件下，加工SUS630材料(長(cháng)徑比爲L/D=6)的深孔，其刀具壽命爲加工600個孔以上。
目前，小直徑孔加工中，利用鑽頭切削的直徑最小可至φ50μm左右。小于φ50μm的孔則多采用電加工來完成(chéng)。爲了抑制毛刺的産生，許多研究者提出可采用超聲波振動切削的方式。目前，正在探索一種(zhǒng)應用範圍廣而且工藝合理的超聲波振動切削模式，其中包括研究機床的适應特性等内容。随著(zhe)這(zhè)些問題的順利解決，今後(hòu)可望更好(hǎo)地實現直徑更小、L/D值更大的微小深孔加工，鑽削的速度會更快，加工精度會更高。
近年來，随著(zhe)高速銑削的出現，以銑削刀具爲中心的切削加工正在進(jìn)入高速高精度化的加工時期。目前，孔加工的高速化明顯滞後(hòu)于其他切削加工。零件的快捷生産是制造業賴以生存的重要條件，因而孔加工技術不能(néng)成(chéng)爲機械加工的瓶頸工藝，它必須沿著(zhe)切削高速化的方向(xiàng)快速跟進(jìn)，盡快步入高速高精度化的加工行列。
高速孔加工所用加工中心(MC)的條件
實現孔加工高速化的先決條件是必須采用高速加工中心，而機床的高速化必須滿足下列條件。
1.配備高速回轉主軸
鑽頭和立銑刀一樣(yàng)帶有中心齒，由于中心齒附近有一種(zhǒng)圓周速度，因此，切削速度向(xiàng)高速化發(fā)展時，主軸的轉速也必須實現高速化。特别是在使用小直徑鑽頭時，主軸的高速化更是不可缺少的。今後(hòu)，随著(zhe)孔加工高速化的進(jìn)展，預計轉速達30000～100000r/min的主軸需求將(jiāng)不斷增多。同時，由于達到規定的高速回轉所需時間很短以及要求Z向(xiàng)(鑽頭切削方向(xiàng))主軸伸出長(cháng)度應控制在最小程度之内，因此，高速主軸的配置是實現高速高精度孔加工不可缺少的條件。
2.可動部分具有動作敏捷的功能(néng)
主軸和工作台等可動部分應盡可能(néng)減輕重量，以實現動作快捷化，這(zhè)也是進(jìn)行高速孔加工必須具備的條件。1個孔的加工時間隻需數秒鍾，因此，必須縮短孔與孔之間的工具移動時間，這(zhè)是實現高效率切削的關鍵問題，解決此問題的途徑首先即爲可動部件的動作必須靈活快捷。例如，即便達到了高精度的定位精度，但如機床可動部分的動作不夠靈敏快捷，也就不可能(néng)滿足當前用戶提出的實現高速孔加工的要求。通常是用加速度特性(G值)來判斷機床可動部分的快捷性能(néng)，當G=0.8～1.5時，可判斷該機床爲具有高度快捷性能(néng)的加工中心。
3.工作台與機床整體面(miàn)積的比例應較小
作爲加工中心的用戶，他們希望工作台及工作台以外的部分所占空間應盡可能(néng)少一些。尤其是孔加工這(zhè)類加工成(chéng)本較高而附加價值又較低的加工領域，最好(hǎo)使用那種(zhǒng)結構緊湊的加工中心。如日本理化研究所試制的高速CNC銑床，其加工範圍爲300mm2，機床本體所占面(miàn)積950mm2，機床所占面(miàn)積約爲可加工最大工件尺寸的三倍，整個結構相當緊湊。該銑床主軸轉速爲45000r/min，可進(jìn)行高速切削。主軸爲XY方向(xiàng)移動式結構(工作台僅限Z軸移動)，其加速度特性值G=1.5，表明該機床具有快捷動作功能(néng)。
4.主軸可直接供給冷卻液
在鑽削過(guò)程中，加工L/D(鑽頭直徑與孔深之比)在5以上的孔必須特别注意排屑問題，最好(hǎo)選用帶供油孔的鑽頭，以便進(jìn)行穩定的加工。采用由主軸中心供給冷卻液的方式，對(duì)于更換卡具的鎖緊螺栓則更爲方便。
5.具有孔加工用CNC工具插補功能(néng)
CNC切削的特點在于可以進(jìn)行控制工具軌迹的合理加工，在對(duì)孔進(jìn)行CNC切削加工時，可采用螺旋切削、等高走刀、對(duì)切等工具插補方式，具有這(zhè)些功能(néng)的CNC控制系統均可在孔加工中加以應用。
跨入高速鑽孔加工新時期
長(cháng)期以來都(dōu)是利用鑽頭進(jìn)行高精度孔、螺紋孔等通孔及螺栓孔等的加工，最近，這(zhè)類加工已經(jīng)向(xiàng)高速切削方向(xiàng)迅速發(fā)展。
在孔加工作業中，目前仍大量使用高速鋼麻花鑽，但各企業之間在孔加工精度和加工效率方面(miàn)已逐漸拉開(kāi)了差距。高速切削鑽頭的材料以陶瓷塗層硬質合金爲主，如MAZAK公司和森精機制作所在加工鑄鐵時，即采用了陶瓷塗層鑽頭。在加工鋁合金等有色材料時，可采用金剛石塗層硬質合金鑽頭、DLC塗層硬質合金鑽頭或帶金剛石燒結體刀齒的鑽頭。總之，今後(hòu)將(jiāng)會不斷開(kāi)發(fā)出許多新型的高速切削鑽頭。
在各種(zhǒng)塗層鑽頭中，陶瓷塗層硬質合金鑽頭特别重視耐磨性、耐熱性及潤滑性，其塗層工藝也采取多層塗覆方式，如利用TiAlN、TiN、TiCN等複合氮化物形成(chéng)複合塗層結構。鑽頭的切削條件總的趨勢是高速化，随著(zhe)被(bèi)加工材料的不同，切削速度已可分别達到200～300m/min。
高速鑽頭切削是一種(zhǒng)高速大進(jìn)給量的發(fā)展趨勢，類似球頭立銑刀切削條件的發(fā)展趨勢。切削實踐表明，提高切削速度有利于切屑形态的合理化和改善加工表面(miàn)的粗糙度，預計今後(hòu)仍將(jiāng)沿著(zhe)高速切削的方向(xiàng)發(fā)展；提高進(jìn)給量對(duì)斷屑排屑和延長(cháng)刀具壽命非常有利，因此，今後(hòu)也仍將(jiāng)沿著(zhe)大進(jìn)給的方向(xiàng)不斷發(fā)展。
目前，高速孔加工大都(dōu)采用主軸帶供液孔的加工中心，這(zhè)種(zhǒng)設備有利于提高鑽頭的切削速度。例如，用φ10mm塗層硬質合金鑽頭在S45C材料上加工淺孔時，切削速度可達250m/min，進(jìn)給速度可達1600mm/min(相當于0.2mm/r)，在此條件下，加工1個孔隻需1秒鍾左右。日立精機公司、布拉薩工業公司均采用此條件進(jìn)行淺孔加工。布拉薩公司在此條件下，用金剛石塗層硬質合金鑽頭在鋁合金杆料上加工小直徑孔時，1個孔隻需0.2～0.5秒鍾左右即可完成(chéng)。預計，今後(hòu)小直徑孔加工將(jiāng)進(jìn)入1秒鍾加工1個孔的高速加工時期。
高速切削對(duì)鑽頭壽命的影響因素甚多，諸如由于切削熱較高而引起(qǐ)刃部磨損，切削振動將(jiāng)導緻崩刃、切屑纏繞，甚至引起(qǐ)鑽頭折斷等。
爲了減少上述故障對(duì)鑽頭壽命的影響，可采取如下一些技術措施：
1.選用耐磨性優異，适宜于高速鑽削的刀具材料，例如塗層硬質合金等。
2.選取适應高速切削的切削刃形狀，如确定合适的鑽尖角和刃口倒棱等。通常鑽尖角可選爲130°～140°，這(zhè)種(zhǒng)角度可有效減小切削扭矩；另外，可采取十字形修磨等方式，使切削刃與被(bèi) 切削面(miàn)的接觸面(miàn)積盡可能(néng)減小。同時，應盡量提高柄部和切削刃部分的振擺精度及凸緣部分的高度精度。
3.選用夾持剛性和振擺精度高的夾具，同時應減輕夾具重量，以利于動作快捷化。例如，HSK刀柄的熱裝式結構就是目前比較理想的夾持系統。
高速鑽削時，爲了提高刃口冷卻和排屑效果，可采用直接向(xiàng)切削刃供給冷卻液的供液方式，以獲得穩定的切削效果。冷卻液中，除切削液外，還(hái)可添加少量植物油和空氣，形成(chéng)混合的霧狀冷卻劑。
可轉位鑽頭的發(fā)展動向(xiàng)
可轉位鑽頭是一種(zhǒng)作爲切削刃的刀片可更換的工具，與普通鑽頭相比，其直徑較大，不過(guò)最近已開(kāi)發(fā)出φ10mm的小型可轉位鑽頭。目前，可轉位鑽頭已系列化，幾乎可以涵蓋整體式鑽頭系列的各類産品。鑽頭刀片一般采用塗層硬質合金材料制作，隻有少數産品采用燒結高速鋼、金剛石燒結體、CBN燒結體等材料。可轉位鑽頭通常隻有1個刀片，也可有兩(liǎng)個刀片，即分别爲中心齒和外周齒。在進(jìn)行大直徑孔加工時，鑽頭可安裝2個以上的刀片。裝單個刀片的鑽頭與整體式鑽頭類似，尖端爲三角形狀，這(zhè)樣(yàng)可減小切削阻力；爲了便于切屑的分斷，刀片均帶有斷屑槽。刀片夾緊方式因廠家而異，在多數情況下，均采用1個或幾個螺釘緊固刀片。當帶有2個以上刀片時，刀片形狀和斷屑槽形狀均各不相同。最近這(zhè)一趨勢尤爲明顯。
可轉位鑽頭開(kāi)發(fā)的初期，隻能(néng)加工深度爲鑽頭直徑3倍左右的孔，目前已發(fā)展到可加工5D～8D(D爲鑽頭直徑)的深孔。在加工那些孔規格統一的零件時，使用可轉位鑽頭效果最爲明顯。例如，利用裝有多刀片的鑽頭，可同時對(duì)孔入口處進(jìn)行倒棱和锪孔等作業，這(zhè)對(duì)提高孔加工效率是極爲有利的。
CNC孔加工技術
CNC切削是使切削加工更加合理化的加工方式，進(jìn)行CNC孔加工時，可采用具有多方向(xiàng)切削功能(néng)的立銑刀、螺旋切削插補及等高切入插補等方式，它要求選用盡可能(néng)少的刀具來對(duì)少量孔進(jìn)行最爲合理的加工。近來，生産中采用高速銑削方式進(jìn)行孔加工即爲此類加工的應用實例。高速銑削具有下述特點：
1.利用球頭立銑刀和螺旋插補的鑽頭，可進(jìn)行镗削和倒棱加工；
2.球頭立銑刀配合螺旋插補法，可進(jìn)行錐度孔的連續加工；
3.加工螺紋用的立銑刀配合螺旋插補法，可進(jìn)行各種(zhǒng)螺紋孔加工；
4 .立銑刀配合等高切入插補，可對(duì)孔進(jìn)行半精加工和精加工。
總之，利用工具插補功能(néng)，可對(duì)任意尺寸的高精度孔進(jìn)行高效率精密加工。尤其在采用高速銑削時，各刀齒所承受的負荷相對(duì)較輕，因而用同一把塗層硬質合金立銑刀，可對(duì)多種(zhǒng)被(bèi)加工材料進(jìn)行高速高精度孔加工。今後(hòu)，這(zhè)種(zhǒng)加工方式可望進(jìn)一步用于幹式切削領域。
高速高精度孔加工
除采用CNC切削方式對(duì)孔進(jìn)行精密加工外，還(hái)可采用镗削和鉸削等方式對(duì)孔進(jìn)行高精度加工。随著(zhe)加工中心主軸的高速化，已可采用镗削工具對(duì)孔進(jìn)行高速精密加工。據報道(dào)，目前在鋁合金材料上進(jìn)行φ40mm左右的镗削加工時，切削速度已可提高到1500m/min以上。在用CBN燒結體作切削刃加工鋼材、鑄鐵及高硬度鋼時，也可采用這(zhè)樣(yàng)的切削速度。預計，今後(hòu)镗削加工的高速化將(jiāng)會迅速普及推廣。
爲了實現镗削加工的高速化和高精度化，必須注意刀齒振動對(duì)加工表面(miàn)粗糙度和工具壽命的影響。爲了防止加工精度和工具壽命下降，所選用的加工中心必須配備動平衡性能(néng)優異的主軸，所選镗削刀具也必須具有很高的動平衡特性。尤其是镗削工具的刀齒部分，應選擇适用于高速切削的幾何形狀、刀具材料及裝卡方式。切削刃端部的R應較大，以利于提高加工效率；在保證獲得同等加工表面(miàn)粗糙度的前提下，應加大進(jìn)給量。但加大進(jìn)給量應适可而止，否則將(jiāng)增大切削阻力，不利于提高加工效率。切削刃帶應設置0.1mm以下的負倒棱，這(zhè)樣(yàng)可有效保持刀具壽命的穩定。
至于刀具材料，則視被(bèi)加工材料性質而有所不同。如加工40HRC以下的鋼等材料時，可選用金屬陶瓷刀具，這(zhè)種(zhǒng)刀具在v=300m/min以上的高速切削條件下，可獲得良好(hǎo)的加工表面(miàn)粗糙度與較長(cháng)的刀具壽命。塗層硬質合金刀具則适用于對(duì)60HRC以下的鋼材等進(jìn)行高速切削，刀具壽命非常穩定，但切削速度稍低于金屬陶瓷刀具。
CBN燒結體刀具适用于加工高硬度鋼、鑄鐵等材料，切削速度可達1000m/min以上，而且刀具壽命非常穩定。CBN刀齒的刃帶部分應進(jìn)行适當的倒棱處理，這(zhè)種(zhǒng)處理對(duì)進(jìn)行穩定的高速切削和延長(cháng)刀具壽命極爲有利。在對(duì)鋁合金等有色金屬及非金屬材料進(jìn)行超高速切削時，可選用金剛石燒結體刀具，這(zhè)種(zhǒng)刀具切削穩定，刀具壽命也很長(cháng)。應注意的是，使用金剛石刀具時，刀齒刃帶必須進(jìn)行倒棱處理，這(zhè)是保證切削穩定的重要條件。
在鉸削加工方面(miàn)，目前尚未見到高速、高精度的新型刀具問世，該領域的研究開(kāi)發(fā)工作似乎處于停滞不前的狀态。高速鉸刀迄今仍被(bèi)某些特定的用戶用來進(jìn)行高速高精度孔加工。這(zhè)種(zhǒng)鉸刀帶有負前角，剛性高，斷屑效果好(hǎo)，在高速切削條件下，可進(jìn)行穩定的精密孔加工。該鉸刀的特點是，采用較大的負前角和奇數刀齒，其高速切削的速度是過(guò)去的鉸刀無法達到的，因此，可以說此種(zhǒng)設計對(duì)鉸刀的傳統概念進(jìn)行了大膽的突破，是一種(zhǒng)高效率的鉸削刀具。
高速螺紋切削刀具
随著(zhe)CNC切削的發(fā)展，目前已開(kāi)發(fā)出一些相應的複合型刀具産品，如將(jiāng)鑽削和螺紋切削融爲一體的新型螺紋加工刀具，鑽孔和螺紋切削在一個行程内完成(chéng)。這(zhè)種(zhǒng)複合型刀具使螺紋孔加工更加合理，加工效率也大爲提高。
螺紋切削用的新型立銑刀采用了螺旋切削插補方式，該立銑刀可加工M3以上的螺紋孔，排屑性能(néng)良好(hǎo)，可獲得穩定的高精度加工效果。一般的絲錐也正在朝著(zhe)高速切削和加工高硬度鋼的方向(xiàng)發(fā)展，攻絲刀具的應用範圍正在不斷擴大。
絲錐實現高速切削的基本條件如下：
1 應重視刀齒的切削功能(néng)，例如，選擇刀齒設計有後(hòu)角的絲錐，切削效果比較理想；
2 .絲錐的夾持應選用剛性良好(hǎo)的夾具，如選用彈簧夾具、熱裝式夾具等。
3.加工中心等機床在切削回轉過(guò)程中，應具有很高的同步精度。
對(duì)于高速攻絲作業，如能(néng)滿足攻絲刀具、工具軌迹及切削條件、夾具及所用加工中心的功能(néng)，即可實現穩定的高精度高效率螺紋切削加工。
今後(hòu)所要求的微細孔加工技術
随著(zhe)IT相關産業的發(fā)展，近年來，光學(xué)和電子工業所用裝置的零部件産品的需求急速增長(cháng)，這(zhè)種(zhǒng)增長(cháng)刺激了微細形狀及高精度加工技術的迅速發(fā)展。其中，微細孔加工技術的開(kāi)發(fā)應用尤其引人注目。微細孔加工早已在印刷電路闆等加工中加以應用，包括鋼材在内的多種(zhǒng)被(bèi)加工材料，均可用鑽頭進(jìn)行小直徑加工。例如，Dijet公司最近開(kāi)發(fā)出一種(zhǒng)新型麻花鑽，它將(jiāng)聚晶金剛石和硬質合金燒結成(chéng)一個整體作爲切削刃，這(zhè)種(zhǒng)鑽頭可對(duì)鋁合金、鎂合金、石墨和塑料等進(jìn)行高速高精度加工，刀具壽命也大幅度延長(cháng)。該鑽頭的螺旋角爲30°，最小直徑爲φ0.4mm，同時還(hái)生産一種(zhǒng)擠光鑽頭，最小直徑爲φ0.88mm。這(zhè)類鑽頭産品已系列化，最顯著的特點是加工表面(miàn)粗糙度得到極大的改善。
三菱綜合材料公司開(kāi)發(fā)出一種(zhǒng)金剛石塗層硬質合金鑽頭，直徑爲φ0.2～3.0mm。這(zhè)種(zhǒng)鑽頭在加工鋁合金時，轉速可高達32000r/min，進(jìn)給量爲0.09mm/r，進(jìn)給速度爲3008mm/min，在此條件下，刀具壽命爲加工30萬個孔。
在加工高硬度工件的鑽頭品種(zhǒng)中，MMC神鋼工具公司開(kāi)發(fā)的鑽頭表現極佳。用該公司的φ0.4mm鑽頭加工SKD11材料(60HRC)時，可在轉速6000r/min、進(jìn)給速度30mm/min條件下，進(jìn)行長(cháng)時間穩定的切削加工。三菱綜合材料公司最近推出一種(zhǒng)帶供油孔的小直徑鑽頭(φ2mm)，在切削速度60m/min、進(jìn)給量0.02mm/r的條件下，加工SUS630材料(長(cháng)徑比爲L/D=6)的深孔，其刀具壽命爲加工600個孔以上。
目前，小直徑孔加工中，利用鑽頭切削的直徑最小可至φ50μm左右。小于φ50μm的孔則多采用電加工來完成(chéng)。爲了抑制毛刺的産生，許多研究者提出可采用超聲波振動切削的方式。目前，正在探索一種(zhǒng)應用範圍廣而且工藝合理的超聲波振動切削模式，其中包括研究機床的适應特性等内容。随著(zhe)這(zhè)些問題的順利解決，今後(hòu)可望更好(hǎo)地實現直徑更小、L/D值更大的微小深孔加工，鑽削的速度會更快，加工精度會更高。
近年來，随著(zhe)高速銑削的出現，以銑削刀具爲中心的切削加工正在進(jìn)入高速高精度化的加工時期。目前，孔加工的高速化明顯滞後(hòu)于其他切削加工。零件的快捷生産是制造業賴以生存的重要條件，因而孔加工技術不能(néng)成(chéng)爲機械加工的瓶頸工藝，它必須沿著(zhe)切削高速化的方向(xiàng)快速跟進(jìn)，盡快步入高速高精度化的加工行列。
