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数控钻床技术

数控加工中心如何提高钻孔切削速度?

时间:2020-03-22 19:08 点击次数:
 

数控加工中心应该怎么提高其钻孔切削的速度?

 
数控加工中心主要用于平板、法兰、盘类、环件等厚度在有效范围内工件的高效钻孔加工,可在单质材料上实现钻通孔、盲孔,机床加工数字控制,十分方便,根据工件的不同,主轴的选配也会不同。
 
皮带式主轴转速不会超过8000转,转速越大噪音越大,非常适合重切削;直结式主轴通常转速能达到12000转,加工稳定不做重切削,电主轴通常转速可达到50000转,转速越大切削力度就越小适合超高速加工中心。
 

1.加工中心钻床切削对比

目前先进国家的车削和铣削的切削速度已达到5000~8000m/min以上;机床主轴转数在30000r/min(有的高达10万r/min)以上。例如:在铣削平面时,国外的切削速度一般大于1000~2000m/min,而国内只相当于国外的1/12~1/15,即国内干12~15个小时的活相当于国外干1个小时。
 
据调查,许多数控加工中心的实际切削时间不到工作时间的55%。因此,如何提高加工效率,降低废品率成了众多企业共同探讨的问题。对国内数控加工中心切削效率部分调查发现,普遍存在如刀具精度低、刀片跳动量大、加工光洁度低、工艺设备不配套等诸多问题。
 

2.提高钻孔切削速度办法如下;

2-1,合理选择切削用量

 
当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示出很多的优点和强大的生命力,成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。
 
实践证明,当切削速度提高10倍,进给速度提高20倍,远远超越传统的切削“禁区”后,切削机理发生了根本的变化。
 
其结果是:单位功率的金属切除率提高了30%~40%,切削力降低了30%,刀具的切削寿命提高了70%,大幅度降低了留在工件上的切削热,切削振动几乎消失;切削加工发生了本质性的飞跃。根据目前机床的情况来看,要充分发挥先进刀具的高速加工能力,需采用高速加工,增大单位时间材料被切除的体积(材料切除率Q)。
 
在选择合理切削用量的同时,尽量选择密齿刀(在刀具每英寸直径上的刀齿数≥3),增加每齿进给量,提高生产率及刀具寿命。
 
有关试验研究表明:当线速度为165m/min,每齿进给为0.04mm时,进给速度为341m/min,刀具寿命为30件。
 
如果将切削速度提高到350 m/min,每齿进给为0.18mm,进给速度则达到2785m/min,是原来加工效率的817%,而刀具寿命增加到了117件。
 

2-2,选择性能好的刀具材料

在数控机床切削加工中,金属切削刀具的作用不亚于瓦特发明的蒸气机。制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性,必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性,良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等),并不易变形。目前国内外性能好的刀具材料主要有:金属陶瓷、硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石(PCD)和立方氮化硼(CBN)刀具等。
 
它们各具特点,适应的工件材料和切削速度范围各不相同,CBN适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等,如加工高硬钢件(50~67HRC)和冷硬铸铁时主要选用陶瓷刀具和CBN刀具,其中加工硬度60~65HRC以下的工件可用陶瓷刀具,而65HRC以上的工件则用CBN刀具进行切削;PCD适用于切削不含铁的金属,及合金、塑料和玻璃钢等,加工铝合金件时,主要采用PCD和金刚石膜涂层刀具。
 
碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具;硬质合金涂层刀具(如涂层TiN、TiC、TiCN、TiAIN等)虽然硬度较高,适于加工的工件范围广,但其抗氧化温度一般不高,所以切削速度的提高也受到限制,一般可在400~500m/min范围内加工钢铁件,而Al2O3涂层的高温硬度高,在高速范围内加工时,其耐磨性较TiC、TiN涂层都好。
 
此外,刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量有很大影响,高速切削时的刀具前角一般比普通切削时小10°,后角大5°~8°。
 
为防止刀尖处的热磨损,主、副切削刃连接处应采用修圆刀尖或倒角刀尖,以增大局部刀尖角,增大刀尖附近切削刃的长度和刀具材料体积,以提高刀具刚性和减少刀具破损率。
 

2-3,涂层技术的开发刀具

涂层技术自从问世以来,对刀具性能的改善和加工技术的进步起着非常重要的作用,涂层刀具已经成为现代刀具的标志,在刀具中所占比例已超过50%。
 
在21世纪初,涂层刀具的比例将进一步增加,有望在技术上突破CBN涂层技术,使CBN的优良性能在更多的刀具和切削加工中得到应用(包括精密复杂刀具和成形刀具),这将全面提高加工黑色金属的切削水平。
 
此外,纳米级超薄超多层和新型涂层材料的开发应用的速度将加快,涂层将成为改善刀具性能的主要途径。
 

2-4,选择高精度刀片

刀片精度低,跳动量太大,面铣刀加工的平面光洁度将降低,甚至出现沟状。高精度数控机床上刀片的跳动量应控制在2~5μm。随着数控机床的发展,相应出现刀片的表面改性涂层处理(基体为高速钢、WCo类硬质合金、Ti基类金属陶瓷),很大程度上提高了刀片精度。
 
与此同时,出现了各种新型可转位刀片结构,如用于车削的高效刮光刀片、形状复杂的带前角铣刀刀片、球头立铣刀刀片、防甩飞的高速铣刀刀片等。
 
可转位刀片进入了材料、涂层、槽型综合开发的新阶段,可根据加工材料和加工工序合理组合材料、涂层、槽型的功能,开发出具有最佳加工效果的刀片,以满足高速、高寿命切削加工生产技术的不同要求。
 

2-5,提高加工表面质量

在保持相同的切削效率(即相同Q值)下,提高切削速度可改善切屑形成过程和增加切削阻尼,抑制颤振,相应地减少每个刀齿的进给量能降低切削表面轨迹形成的残留高度,改善表面粗糙度,从而有利于精密零件和模具的加工。

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