铰孔工艺技术

铰孔工艺研究6．6．1铰孔加工工艺1．铰孔加工概述钻孔是在实体材料中钻出一个孔，而铰孔是扩大一个已经存在的孔。铰孔和钻孔、扩孔一样都是由刀具本身的尺寸来保证被加工孔的尺寸的，但铰孔的质量要高得多。铰孔时，铰刀从工件孔壁上切除微量金属层，以提高其尺寸精度和减小其表面粗糙度值，铰孔是孔的精加工方法之一，常用作直径不很大、硬度不太高的工件孔的精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。机铰生产率高，劳动强度小，适宜于大批大量生产。铰孔加工精度可达IT9～IT7级，表面粗糙度一般达Ra1.6～0.8μm。这是由于铰孔所用的铰刀结构特殊，加工余量小，并用很低的切削速度工作的缘故。直径在100mm以内的孔可以采用铰孔，孔径大于100mm时，多用精镗代替铰孔。在镗床上铰孔时，孔的加工顺序一般为：钻(或扩)孔一镗孔一铰孔。对于直径小于12mm的孔，由于孔小镗孔非常困难，一般先用中心钻定位，然后钻孔、扩孔，最后铰孔，这样才能保证孔的直线度和同轴度。如图6-6-1所示的工件，加工6×φ20H7均布孔，孔面有Ra1.6的表面质量要求，适合用铰孔方法进行孔的精加工。一般来说，对于IT8级精度的孔，只要铰削一次就能达到要求；IT7级精度的孔应铰两次，先用小于孔径0.05～0.2mm的铰刀粗铰一次，再用符合孔径公差的铰刀精铰一次；IT6级精度的孔则应铰削三次。铰孔对于纠正孔的位置误差的能力很差，因此，孔的有关位置精度应由铰孔前的预加工工序予以保证，在铰削前孔的预加工，应先进行减少和消除位置误差。如，对于同轴度和位材料：45#钢，正火处理图6-6-1圆周均布孔加工零件图6-6-2铰刀结构图置公差有较高要求的孔，首先使用中心钻或点钻加工，然后钻孔，接着是粗镗，最后才由铰刀完成加工。另外铰孔前，孔的表面粗糙度应小于Ra3．2μm。铰孔操作需要使用冷却液，以得到较好的表面质量并在加工中帮助排屑。切削中并不会产生大量的热，所以选用标准的冷却液即可。2．铰刀及选用⑴铰刀结构在加工中心上铰孔时，多采用通用的标准机用铰刀。通用标准铰刀，有直柄、锥柄和套式三种。直柄铰刀直径为φ6mm～φ20mm，小孔直柄铰刀直径为φ1mm～φ6mm，锥柄铰刀直径为φ10mm～φ32mm，套式铰刀直径为φ25mm～φ80mm。分H7、H8、H9三种精度等级如图6-6-2（a），整体式铰刀工作部分包括切削部分与校准部分。铰刀刀头开始部分，称为刀头倒角或“引导锥”，方便刀具进入一个没有倒角的孔。一些铰刀在刀头设计一段锥形切削刃，为刀具切削部分，承担主要的切削工作，其切削半锥角较小，一般为10～150，因此，铰削时定心好，切屑薄。校准部分的作用是校正孔径、修光孔壁和导向。校准部分包括圆柱部分和倒锥部分。圆柱部分保证铰刀直径和便于测量。刀体后半部分呈倒锥形可以减小铰刀与孔壁的摩擦。⑵铰刀直径尺寸的确定铰孔的精度主要决定于铰刀的尺寸精度。由于新的标准圆柱铰刀，直径上留在研磨余量，且其表面粗糙度也较差，所以在铰削IT8级精度以上孔时，应先将铰刀的直径研磨到所需的尺寸精度。由于铰孔后，孔径会扩张或缩小，目前对孔的扩张或缩小量尚无统一规定，一般铰刀的直径多采用经验数值：铰刀直径的基本尺寸=孔的基本尺寸；上偏差=2/3被加工孔的直径公差；下偏差=1/3被加工孔的直径公差；例如：铰削φ20H7(021.00)的孔，则选用的铰刀直径：铰刀基本尺寸=φ20mm上偏差=2/3×0.021mm=0.0141mm下偏差=1/3×0.021mm=0.007mm所以选用的铰刀直径尺寸为φ20014.0007.0mm。⑶铰刀齿数确定铰刀是多刃刀具，铰刀齿数取决于孔径及加工精度，标准铰刀有4～12齿。齿数过多，刀具的制造刃磨较困难，在刀具直径一定时，刀齿的强度会降低，容屑空间小，由此造成切屑堵塞和划伤孔壁甚至蹦刃。齿数过少，则铰削时的稳定性差，刀齿的切削负荷增大，且容易产生几何形状误差。铰刀齿数可参照表6-6-1选择。表6-6-1铰刀齿数选择铰刀直径／mm1.5～33～1414～4040齿数一般加工精度4468高加工精度6810～12铰刀的刀齿又分为直齿和螺旋齿两种。螺旋齿铰刀带有左旋的螺旋槽，这种设计适合于加工通孔，在切削过程中左旋螺旋槽“迫使”切屑往孔底移动并进入空区。不过它不适合盲孔加工。⑷铰刀材料确定铰刀材料通常是高速钢、钴合金或带焊接硬质合金刀尖的硬质合金刀具。硬质合金铰刀耐磨性较好；高速钢铰刀较经济实用，耐磨性较差。3．铰削用量的选用⑴铰削余量铰削余量是留作铰削加工的切深的大小。通常要进行铰孔余量比扩孔或镗孔的余量要小，铰削余量太大会增大切削压力而损坏铰刀，导致加工表面粗糙度很差。余量过大时可采取粗铰和精铰分开，以保证技术要求。另一方面，如果毛坯余量太小会使铰刀过早磨损，不能正常切削，也会使表面粗糙度差。一般铰削余量为0.1～0.25mm，对于较大直径的孔，余量不能大于0.3mm。有一种经验建议留出铰刀直径1～3％大小的厚度作为铰削余量（直径值），如，Φ20的铰刀加Φ19.6左右的孔直径比较合适：20－(20×2／100)=19.6对于硬材料和一些航空材料，铰孔余量通常取得更小。⑵铰孔的进给率铰孔的进给率比钻孔要大，通常为它的2～3倍。取较高进给率的目的是使铰刀切削材料而不是摩擦材料。但铰孔的粗糙度Ra值随进给量的增加而增大。进给量过小时，会导致刀具径向摩擦力的增大，铰刀会迅速磨损引起铰刀颤动，使孔的表面变粗糙。标准高速钢铰刀加工钢件，要得到表面粗糙度Ra0.63，则进给量不能超过0.5mm/r，对于铸铁件，可增加至0.85mm/r。⑶铰孔操作的主轴转速铰削用量各要素对铰孔的表面粗糙度均有影响，其中以铰削速度影响最大，如用高速钢铰刀铰孔，要获得较好的粗糙度Ra0.63；m，对中碳钢工件来说，铰削速度不应超过5m/min，因为此时不易产生积屑瘤，且速度也不高；而铰削铸铁时，因切屑断为粒状，不会形成积屑瘤，故速度可以提高到8～10m/min。通常铰孔的主轴转速可选为同材料上钻孔主轴转速的2／3。例如，如果钻孔主轴转速为500r／min，那么铰孔主轴转速定为它的2／3比较合理：500×0.660=330r／min4．适合于铰孔切削循环通常铰孔的步骤和其他操作一样。加工盲孔时，先采用钻削然后铰孔，但是在钻孔过程中必然会在孔内留下一些碎屑影响铰孔的正常操作。因此在铰孔之前，应用M00停止程序，允许操作者除去所有的碎屑。铰孔编程也需要用到固定循环。实际上并没有直接定义的铰孔循环。Fanuc控制系统中比较合适的循环为G85，该循环可实现进给运动“进”和进给运动“出”，且两种运动的进给率相同。G85固定循环路线如图6-6-3所示。6．6．2铰孔工艺编程实例1．工件孔加工任务如图6-6-1零件，毛坯尺寸：90×90×42，材料为45钢，正火处理，已在普通铣床上完成90×90侧面轮廓和基本定位面底平面加工，上表面留下了2㎜的余量，现需要加工：图6-6-3G85固定循环路线1)铣削上表面，保证尺寸30，上表面达到Ra3.2的表面质量要求；2)6×φ20H7圆周均布通孔加工，孔面达到Ra1.6的表面质量要求。2．工件坐标系设定：如图6-6-4，工件长、宽向设计基准分别在左右、前后的对称面，设定X、Y向工件零点在工件对称中心，Z向零点设在距底面30㎜上表面。3．上表面加工工艺分析：上表面加工参考平面铣削工艺。4．圆周均布通孔加工方法选择选用钻→扩→铰的加工方法加工φ20H7，加工步骤及刀具选择如下：①引正孔：φ4中心钻钻引正孔；②钻孔：φ18麻花钻头钻通孔；③扩孔：φ19.8扩孔钻扩孔，半精加工；④孔口倒角：φ30点钻(钻尖90°)⑤铰孔：φ20H7机用铰刀铰孔精加工。5．孔加工循环的选择：底孔加工前的中心钻加工中心孔用G82孔加工循环，麻花钻头钻6×φ18mm孔和扩孔钻直径19.8mm用G81孔加工循环，最后机用铰刀铰直径20mm孔应用G84孔加工循环。6．各孔X、Y位置坐标值：如表6-6-2所示，各孔X、Y位置坐标值有直角坐标、极坐标两种表示法：表6-6-2123456直角坐标X=30cos30°Y=30sin30°X=30cos90°Y=30sin90°X=30cos150°Y=30sin150°X=30cos210°Y=30sin210°X=30cos270°Y=30sin270°X=30cos330°Y=30sin330°极坐标X=30Y=30X=30Y=90X=30Y=150X=30Y=210X=30Y=270X=30Y=330显然当多孔在XY平面内圆周分布时，用极坐标的方法表示点位较直角坐标表示法方便。7．孔加工循环的高度平面选择图6-6-4工件工件坐标系Z向R面高度：上表面上方50㎜。初始平面高度：上表面上方5㎜。孔底高度：引正孔钻至Z-5；φ18麻花钻钻孔深至Z-45；扩φ19.8孔深至Z-40；倒角至Z-11；铰孔深至Z-40。8．切削用量的计算零件材料为45钢，机用铰刀材料为高速钢，直径20mm，进给量0.8mm/r，转速100r/min，切削液为30％菜油加70％肥皂水。其它刀具切削用量参考表6-6-3工序卡9．工序卡表6-6-3工序卡顺序加工内容刀具号刀具规格主轴转速(r/min)进给速度(mm/min)补偿号子程序号1铣平面T1硬质合金端铣刀盘φ80300200H01O66012引正孔T2φ4中心钻200080H02O66023钻6×φ18.底孔T3高速钢φ8.5钻头55080H03O66034φ19.8扩孔钻扩孔T4φ19.8扩孔钻扩孔300150H04O66044孔口倒角T5φ30点钻(900)30050H04O66055铰孔精加工T6φ20H7机用铰刀10080H05O6606备注设子程序号O8888；设孔定位子程序号O660710．孔加工编程加工程序编制如下：主程序：O6600；主程序号G54G21G90G94G17T01初始化设置，同时T01刀准备T01M98P8888；调用换刀子程序，T01刀装上主轴M98P6601；调用T01刀加工程序O6601T02M98P8888；调用换刀子程序，T02刀装上主轴M98P6602；调用T02刀加工程序O6602子程序：O6601(T01铣平面）G00X120.0Y-5.0S318M03；G43G0Z50.0H01；G0Z-5.0M08；G1X-120F550；G00Z50.0；M99O6602(T02中心钻钻引正孔）S1200M03G43Z50.0H02M08G17G16G99G82X30Y30R5.0Z-5.0P100F100.M98P6607G15M99O6603(T03麻花钻头钻通孔）S550M03G43Z50.0H03M08G17G16G99G81X30Y30R5.0Z-45.F80.M98P6607G15M99O6604(T04φ19.8扩孔钻扩孔，半精加工）S300M03G43Z50.0H04M08G17G16G99G81X30Y30R5.0Z-40.0F150.M98P6607G15M99O6605(T05孔口倒角）S300M03G43Z50.0H05M08G17G16G99G82X30Y30R5.0Z-11.0P100F50.M98P6607G15M99T03M98P8888；调用换刀子程序，T03装上主轴M98P6603；调用T03刀加工程序O6603T04M98P8888；调用换刀子程序，T04刀装上主轴M98P06604；调用T04刀加工程序O6604T05M98P8888；调用换刀子程序，T05装上主轴M98P6605；调用T05刀加工程序O6605T06M98P8888；调用换刀子程序，T06装上主轴M98P6606；调用T06刀加工程序O6606G91G28Z0回到机床Z向零点M05；主轴停转M30；。程序结束，光标回到起始行O6606(T06铰孔）S100M03G43Z50.0H06M08G17G16G99G85X30Y30R5.0Z-40.0P100F80.M98P6607G15M99O6607(孔定位子程序）