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在數控銑床切削加工過程中,造成加工誤差的原因很多,刀具徑向跳動帶來的誤差是其中的一個重要因素,它直接影響機床在理想加工條件下所能達到的最小形狀誤差和被加工表面的幾何形狀精度。在實際切削中,刀具的徑向跳動影響零件的加工精度、表面粗糙度、刀具磨損不均勻度及多齒刀具的切削過程特性。刀具徑向跳動越大,刀具的加工狀態越不穩定的,越影響加工效果。
徑向跳動產生原因
刀具及主軸部件的制造誤差、裝夾誤差造成刀具軸線和主軸理想回轉軸線之間漂移和偏心、以及具體加工工藝、工裝等都可能產生數控銑床刀具在加工中的徑向跳動。
1.主軸本身徑向跳動帶來的影響
產生主軸徑向跳動誤差的主要原因有主軸各個軸頸的同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸撓度等,它們對主軸徑向回轉精度的影響大小隨加工方式的不同而不同。這些因素都是在機床的制造和裝配等過程中形成的,作為機床的操作者很難避免它們帶來的影響。
2.刀具中心和主軸旋轉中心不一致帶來的影響
刀具在安裝到主軸的過程中,如果刀具的中心和主軸的旋轉中心不一致,必然也會帶來刀具的徑向跳動。其具體影響因素有:刀具和夾頭的配合、上刀方法是否正確以及刀具自身的質量。
3.具體加工工藝帶來的影響
刀具在加工時產生的徑向跳動主要是因為徑向切削力加劇了徑向跳動。徑向切削力是總切削力在徑向的分力。它會使工件彎曲變形和產生加工時的振動,是影響工件加工質量的主要分力。它主要受切削用量、刀具和工一件材料、刀具幾何角度、潤滑方式和加工方法等因素的影響。
減少徑向跳動的方法
刀具在加工時產生徑向跳動主要是因為徑向切削力加劇了徑向跳動。所以,減小徑向切削力是減小徑向跳動重要原則。可以采用以下幾種方法來減小徑向跳動:
1.使用鋒利的刀具
選用較大的刀具前角,使刀具更鋒利,以減小切削力和振動。選用較大的刀具后角,減小刀具主后刀面與工件過渡表面的彈性恢復層之間的摩擦,從而可以減輕振動。但是,刀具的前角和后角不能選得過大,否則會導致刀具的強度和散熱面積不足。所以,要結合具體情況選用不同的刀具前角和后角,粗加工時可以取小一些,但在精加工時,出于減小刀具徑向跳動方面的考慮,則應該取得大一些,使刀具更為鋒利。
2.使用強度大的刀具
主要可以通過兩種方式增大刀具的強度。一是可以增加刀桿的直徑在受到相同的徑向切削力的情況下,刀桿直徑增加20%,刀具的徑向跳動量就可以減小50%。二是可以減小刀具的伸出長度,刀具伸出長度越大,加工時刀具變形就越大,加工時處在不斷的變化中,刀具的徑向跳動就會隨之不斷變化,從而導致工件加工表面不光滑同樣,刀具伸出長度減小20%,刀具的徑向跳動量也會減小50%。
3.刀具的前刀面要光滑
在加工時,光滑的前刀面可以減小切屑對刀具的摩擦,也可以減小刀具受到的切削力,從而降低刀具的徑向跳動。
4.主軸錐孔和夾頭清潔
主軸錐孔和夾頭清潔,不能有灰塵和工件加工時產生的殘屑。選用加工刀具時,盡量采用伸出長度較短的刀具上刀時,力度要合理均勻,不要過大或過小。
5.吃刀量選用要合理
吃刀量過小時,會出現加工打滑的現象,從而導致刀具在加工時徑向跳動量的不斷變化,使加工出的面不光滑吃刀量過大時,切削力會隨之加大,從而導致刀具變形大,增大刀具在加工時徑向跳動量,也會使加工出的面不光滑。
6.在精加工時使用逆銑
由于順銑時,絲杠和螺母之間的間隙位置是變化的,會造成工作臺的進給不均勻,從而有沖擊和振動,影響機床、刀具的壽命和工件的加工表面粗糙度而在使用逆銑時,切削厚度由小變大,刀具的負荷也由小變大,刀具在加工時更加平穩。注意這只是在精加工時使用,在進行粗加工時還是要使用順銑,這是因為順銑的生產率高,并且刀具的使用壽命能夠得到保證
7.合理使用切削液。
合理使用切削液以冷卻作用為主的水溶液對切削力影響很小。以潤滑作用為主的切削油可以顯著地降低切削力。由于它的潤滑作用,可以減小刀具前刀面與切屑之間以及后刀面與工件過渡表面之間的摩擦,從而減小刀具徑向跳動。
實踐證明,只要保證機床各部分制造、裝配的精確度,選擇合理的工藝、工裝,刀具的徑向跳動對工件加工精度所產生的影響可以最大程度地減小。
大多數工廠知道,攻絲不是孔的螺紋加工的唯一選擇。大多數工廠至少也知道螺紋銑削的一些優勢,但是螺紋銑的優勢遠不止這些。例如,一把螺紋能解決某個范圍的孔徑的螺紋加工,而不是僅能加工某一孔徑規格。螺紋銑刀能使得螺紋更接近盲孔的底部,而且能輕而易舉地加工大螺紋孔。螺紋銑刀留有排屑的空間。而且它不像,螺紋銑刀能在一把上組合各種形式的孔加工。簡而言之,螺紋銑刀能做大量的事情。
可是,多數工廠將繼續使用絲錐來加工大多數的螺紋孔。而且有這樣做的充分理由。
攻絲是簡單的。在許多方面,攻絲的要求低。攻絲能在很多上進行,這些機床的轉速較低,而且不具備螺旋插補的刀具路徑。
哈爾濱華通機械工具有限公司金坤工具是一家非標刀具和螺紋銑刀的供應商,我們的日常工作是和機械加工廠一起尋找他們所需的正確的螺紋加工工藝。要求更苛刻的應用場合通常需要螺紋銑削,它解決了與螺紋加工相關的各種挑戰。他說,但是不能不重視絲錐的價值。
“如果你要加工的是低碳鋼,有20個零件,每個零件上有10個孔,用攻絲就行了,”他說。“但是如果你有150個零件要加工,或者你要加工的是難加工材料,這時也許是考慮螺紋銑削的時候了。” 他補充道,假定機床具備那種能力。
攻絲是一種可靠且常用的加工螺紋孔的生產手段。但是螺紋銑刀(見上圖) 更通用,而且它還能解決關于排屑、功率消耗和盲孔加工的問題。
機床
攻絲能在幾乎任意一臺加工中心或銑床上進行。相反,螺紋銑削至少需要一臺具有螺旋插補編程功能的CNC加工中心。
攻絲也能在具有刀具旋轉功能的上進行。需要螺旋運動使得螺紋銑削在這些機床上被排除在外。
材料
攻絲可用于硬度不超過50 Rc的幾乎任何一種材料。螺紋銑削可用于硬度不超過60 Rc的材料。
當加工難加工材料時,螺紋銑削有時為加工螺紋提供了一種簡便的途徑,否則采用攻絲將是難以加工的。
速度
攻絲時常用于相對較慢的速度,螺紋銑削通常需要更高的切削速度和進給量。由于螺旋刀具路徑很長,所以需要高的進給量以使得螺紋在一個高效率的節拍時間內獲得。
螺紋中徑
絲錐所能加工的螺紋中徑是固定的,但是螺紋銑刀所能加工的螺紋中徑更有柔性。螺紋銑刀生成的螺距由CNC刀具路徑決定,而這意味著螺紋中徑是可以改變的。
例如,直徑相同的兩個孔可加工出不同螺距的螺紋。同一把刀具能加工出1/4-20 UNC或1/4-20 STI螺紋。
螺紋銑削還能使一把刀具加工出具有相同螺距的一系列孔徑。例如,1/2-14 NPT 和 3/4-14 NPT 螺紋在加工過程中間不需要換刀。
多功能性
一把絲錐僅能用于攻絲。與其相對照的是,一把螺紋銑刀能設計用于完成各種各樣的孔加工。在一把刀具上就能完成孔的鉆削、倒角、螺紋加工和底切螺紋(切去螺紋底部的不完整部分)。
螺紋的左右旋向
絲錐僅能加工該絲錐本身所確定的左手或右手旋向的螺紋。但是對于螺紋銑刀而言,只要簡單地改變CNC編程就能加工出左手或右手螺紋。
(攻絲的另一個缺點與其設計的局限性相關。在攻絲結束時絲錐必須反轉,因為它必須被“旋出”螺紋孔。但是螺紋銑刀只需離開切削部分并能快速退出螺紋孔。)
◆深度,第一部分
當加工盲孔時,絲錐僅能到達那樣的深度。絲錐頭部的錐“點”將到達最低點,對于這部分孔深只能加工出不完整的螺紋。
具有平底部的螺紋銑刀沒有這樣的問題。它能加工出更深的完整螺紋,更接近相同盲孔的底部。
◆深度,第二部分
相反,當螺紋特別深時,絲錐也許更出色。長絲錐能有效地加工深孔的螺紋。對于螺紋銑刀就不是這種情形了。在螺紋銑削時,由于切削力是不平衡的,刀具易于彎曲。超過某一深度時,偏斜量變得太大而不能加工出好的螺紋。通常,螺紋銑刀地深度限制是刀具直徑的2.5倍。(但是非傳統設計的螺紋銑刀的確突破了這個限制。見上面關于深孔螺紋銑削的文本框。)
切屑
有時對某種材料攻絲所產生的連續長切屑會造成問題。切屑會被纏在孔內并折斷刀具。
相對于這點而言, 螺紋銑削就不存在問題。像任何銑削加工那樣,螺紋銑削生成短而碎的切屑。切屑的處理正是為什么工廠選擇螺紋銑削的常見原因。
功率
絲錐運轉于相對較慢的主軸轉速。正是這個原因,機床主軸電機的滿載額定功率可能對絲錐不適合。這通常不是一個要關注的原因,但也許是。小型加工中心碰到需要對一個特別大的孔攻絲時也許沒有足夠的功率進行切削。對于這種小型機床,螺紋銑削擴大了該機床順利地加工螺紋孔的直徑范圍。