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精密鏜削(Precision Boring)是眾多關(guān)鍵部件制造中的一種至關(guān)重要的工藝,。發(fā)動(dòng)機(jī)體上的多曲頸曲軸端孔的精度和光潔度直接關(guān)系到動(dòng)力和燃料效率,它的加工所耗費(fèi)的時(shí)間則直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)公司的利潤,。在眾多加工組件中,高精度的孔是必不可少的關(guān)鍵性能指標(biāo),。這類孔必須滿足主要公差,,然而,其局限在于高精度孔不僅成本高,,而且加工十分耗時(shí),,一個(gè)小小的失誤就會(huì)導(dǎo)致昂貴的部件報(bào)廢。Kennametal 公司為此推出的解決方案——不對(duì)稱幾何形狀直線鏜桿,,并被已從中獲益的用戶們譽(yù)之為“加工技術(shù)的革命”,。6 J: z5 C, P0 Q) \7 n1 I
按照定義,與鉆孔相比,,鏜削是使內(nèi)徑與主軸中心線準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)的一種加工工藝,。在鏜削工藝中,盡管也可以采用切削刀具并使工件可調(diào)來完成,,但最常見的方法是將工件夾持固定,,刀具向工件旋轉(zhuǎn)并進(jìn)給。3 m& A; ~! v8 f e# ?: `, M
鏜削的常見應(yīng)用包括對(duì)鑄孔,、沖孔,、鉆孔以及波狀外形的內(nèi)表面進(jìn)行擴(kuò)大或精整。有時(shí)也會(huì)利用鏜削進(jìn)行一些其它相關(guān)操作,,包括車削,、端面車削、倒角,、開槽,,以及車螺紋。, \0 ~/ C- n$ R2 ~, t& d6 K
它是如何實(shí)現(xiàn)的,?
3 W4 V( d2 w; H) U! f2 R' T s 設(shè)想有一個(gè)需要加工成五曲頸曲軸端孔的小型發(fā)動(dòng)機(jī)缸體,。一般來說,例如,,對(duì)于多行程精整加工,,需要用到多刃導(dǎo)向塊鉸刀執(zhí)行以下建議工藝(在此指定為1.0 選項(xiàng)):由導(dǎo)徑鉸刀完成首個(gè)行程;再由多刃鉸刀進(jìn)給完成初步至最終精整,,即行程 2 到5 的加工,。最后,回撤鉸刀,。
* r* S3 Y2 c8 J' v2 o5 x 這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是,,它適合于CNC 臥式或多軸加工中心,,無需配備專用夾具的專用鏜床。然而,,機(jī)床必須具有與工件大小相適應(yīng)的剛度,,否則加工質(zhì)量會(huì)急劇下降。同時(shí),, 鉸刀在進(jìn)給和回撤精修孔時(shí)必須緩慢而精準(zhǔn),,否則會(huì)在切削邊緣留下回縮痕或造成損傷。6 ~ Z4 E$ M( k3 G* z
加工這類孔的另一種方法是直線鏜削(2.0 選項(xiàng)),。在這一選項(xiàng)中要解決的基本問題,,是如何使刀刃及刀具導(dǎo)向塊在中間行程中通過較小的孔徑。CNC 機(jī)床制造商利用常規(guī)的直線鏜桿及其設(shè)備上的“反向軸承”功能應(yīng)對(duì)這一窘境,。這一過程包括在機(jī)床上的工件區(qū)域?qū)⒏左w升高,。使直線鏜桿穿過部件,進(jìn)入另一端軸承,;缸體調(diào)低并夾緊,;曲軸孔粗修至完全精整,然后缸體升高,,鏜桿回撤,。* a5 q: i+ e3 D/ ^
由于刀具兩端受支撐,這一過程會(huì)加速進(jìn)給和回撤,,與 1.0 選項(xiàng)相比,,加工好的孔的幾何質(zhì)量有所提高。其缺點(diǎn)是提升功能需要專用夾具以及CNC 控制,,而且由于固定裝置需要反向軸承,,因而無法進(jìn)行任何額外的后端加工。
' o) B5 U0 m# J, P6 w 配備傾斜工作臺(tái)和(或)傾斜主軸以及更高級(jí)鏜桿的多軸機(jī)床,,有利于 2.1 選項(xiàng),,借助可擴(kuò)展導(dǎo)向塊,該工藝按照以下順序進(jìn)行:導(dǎo)徑鉸刀進(jìn)給并完成行程5,;部件(或機(jī)器臺(tái)面)旋轉(zhuǎn)180,;調(diào)整加工中心的x-y 軸使鏜桿以偏心的方式進(jìn)給;帶導(dǎo)向塊的鏜桿對(duì)中進(jìn)入行程5,;導(dǎo)向塊擴(kuò)展,; 行程 1 至4 初步直至最終完成;導(dǎo)向塊回撤,,最終鏜桿偏心回撤,。
4 f1 N) v/ A' Y) ?& u5 k/ L; o 2.1 選項(xiàng)利用了機(jī)床的多軸適應(yīng)性。它保留了1.0 選項(xiàng)中無需提升功能或反向軸承的優(yōu)點(diǎn),,以及2.0 選項(xiàng)中刀具兩端支撐的優(yōu)點(diǎn),。其缺點(diǎn)是,這類鏜桿的內(nèi)部機(jī)構(gòu)復(fù)雜,,十分昂貴且難以操控,。在潤滑不足的情況下使用會(huì)損傷精密的內(nèi)部機(jī)構(gòu),而且如果監(jiān)控不到位,,刀具可能會(huì)在工件中卡住或掛住,,并損傷機(jī)器、夾具,、刀具和部件,。0 f' v2 w" j" U+ F; ~1 J
不對(duì)稱解決方案
, R( c" X' W- O4 B, K( r( y) c 在與一家主要汽車制造商的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體業(yè)務(wù)合作中,該公司的工程技術(shù)人員將鏜削功能提升到了3.0 選項(xiàng),,即不對(duì)稱直線鏜削,。這是一次幾何級(jí)數(shù)的飛躍,既突出了鉸孔和直線鏜削的優(yōu)勢(shì),,又幾乎完全消除了兩者的缺陷,。與大多數(shù)最先進(jìn)的解決方案一樣,其原理卻非常簡單,。通常,,導(dǎo)向塊直徑相當(dāng)于材料的全尺寸,或構(gòu)建3 個(gè)甚至更多導(dǎo)向塊,,在進(jìn)給或回撤時(shí)與孔壁間不會(huì)存在任何自由活動(dòng)空間,。
1 j) e# U" W3 F3 R 不對(duì)稱解決方案可使導(dǎo)向塊以類似于常規(guī)導(dǎo)向塊鉸刀的方式設(shè)置,但通常與刀刃成180°的導(dǎo)向塊,,通過旋轉(zhuǎn),,使得導(dǎo)向塊的設(shè)計(jì)具有進(jìn)入和退出導(dǎo)向部件的自由,即使在通過原始孔時(shí)也是如此,。這種幾何形狀可使鏜桿沿偏心路徑通過原始孔,。這個(gè)過程可描述為:一個(gè)導(dǎo)徑鉸刀進(jìn)給完成行程5; 部件(或機(jī)床臺(tái)面)旋轉(zhuǎn)180º,;不對(duì)稱鏜桿利用加工中心的x-y 軸實(shí)現(xiàn)偏心進(jìn)給,;刀具移動(dòng)到中心,同時(shí)完成行程1 到4,; 刀具快速偏心回撤,。
- h5 U G) C1 ], ^5 ~. H$ ~ V9 S 這種不對(duì)稱直線鏜削保留了先前各種高精度孔鏜削的所有優(yōu)勢(shì),刀具兩端支撐,,卻無需高成本的升降功能以及會(huì)造成阻礙的反向軸承,,刀具內(nèi)部也無需復(fù)雜的機(jī)構(gòu)。同時(shí),完成進(jìn)給和回撤動(dòng)作的速度比傳統(tǒng)加工中心更快,,從而提高了加工效率,。& v5 B3 r$ P) a- M3 K$ C5 U2 A
作為一種不對(duì)稱解決方案,這種偏心鏜桿解決方案采用了先進(jìn)的可轉(zhuǎn)位刀具,。高精度RI8 刀片有八個(gè)切削刃,, 帶預(yù)設(shè)的錐度,可以實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給,。直徑可以調(diào)節(jié)到1 微米的精度,。錐形夾持螺桿能提供高鎖持力,避免任何不穩(wěn)定造成的影響,。
( W+ ?" D, t) u1 j5 |0 A 插刀和不對(duì)稱鏜桿的設(shè)計(jì)均可使插刀直接插入鏜桿主體,。無需托架,因而避免了所需的額外的公差和空間,。8 Z5 ?( N1 U0 F# F
總結(jié)
8 n( z8 t1 a$ {9 h 簡而言之,,這種不對(duì)稱直線鏜削解決方案提高了加工的穩(wěn)定性、加工速度,,并減少了刀具的維護(hù)和處理需求,,同時(shí)兼容數(shù)控加工中心。所有尋求改進(jìn)工藝的制造商都會(huì)發(fā)現(xiàn),, 這正是鏜削解決方案的不二之選,。3 f- s# _5 s- M4 z: u: z) c3 I
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