目前枪钻已经成为深孔加工的主流刀具,因为枪钻可获得精密的加工效果,加工出来的孔位直线度、尺寸精度、同轴度和表面光洁度较高,可解决各种形式的深孔、交叉孔、盲孔及平底盲孔的加工问题,被广泛应用于汽车工业、航天工业、医疗器材工业、刀具/模具行业、建筑工业、油压、空压工业等领域。本文主要介绍枪钻在深孔加工中的夹持方式、找正方法和技术要领,分析刀具失效模式及对应的解决策略,希望对您有所帮助!
深孔加工中使用较为普遍的为直槽枪钻。根据枪钻直径,结合其传动部分、柄部和刀头的内冷却孔情况,分为整体式和焊接式两种类型。枪钻冷却液从后刀面上的小孔处喷出,该小孔通常为一两个圆形孔或一个单独腰形孔,加工工件孔径范围从φ1.5mm-φ76.2mm,钻削深度与长径比可达100:1。虽然枪钻每转进给量低,但与传统麻花钻相比,其每分钟进给量较大,加工效率和质量较高。
1 枪钻常见的回转模式和装夹方式
枪钻常见回转模式主要有:由机床主轴带动刀具旋转、刀具与工件逆向旋转和刀具固定而工件旋转(见图1),枪钻在车床上的深孔加工技术采用枪钻固定、工件旋转的模式(见图2)。
图1 常规枪钻系统
图2 枪钻回转模式
枪钻安装在自制的带有冷却快换接口的简易T型刀座组件上,该刀座组件主要由T型基座、锁紧螺母、锥柄套筒和冷却液快换接头四部分组成。T型基座内孔装1:15锥柄套筒,通过侧壁螺纹径向压紧在枪钻刀柄V型缺口部位,伸出耳片装在机床方刀架刀位处。
2 枪钻在车床中的深孔加工技术
(1)枪钻在机床上的找正方法
根据工件外圆、内孔同轴度的不同要求,一般采用两种找正方法:
①使用对刀仪测量刀具相关数据,试切调整刀具位置;
②在加工中心百分表找正:在简易T型基座孔中装入一基准轴。将百分表座吸附于车床卡盘上,调整百分表指针位于基准轴表面,用手缓慢拨动卡盘观察指针变化情况,并通过垫片手工调整Y轴方向位移值,X方向找校准棒两侧偏差值Di,中托板手柄调整值为│(Di-D)│/2,D为校准棒直径。对同轴度无要求的工件孔,可直接在机床主轴插入一校准棒(与T型基座孔基准尺寸一致的校准棒),通过校准棒与T型基座孔的匹配关系找正调整。对于同轴度要求较高的工件,建议采用第二种找正方法。
图3 百分表Y方向找正
(2)枪钻在深孔加工时的技术要领
为将枪钻引进到车削加工中,考虑到枪钻切削刃旋向特点,采用枪钻不动、车床主轴逆时针旋转的加工方法(与刀具旋转方向相反,如使用加工中心时,主轴顺时针旋转)。枪钻在车床中适宜加工孔径为φ5mm-φ25mm、深径比(D/d)20:1-50:1的工件,车床转速大于800m/min,进给量0.04-0.10mm/r为宜,切削液为油基水溶性冷却液。加工前一般采用顶角140°的钻头粗钻、精镗,制引导孔(也可制作专用导向套替代引导孔),引导孔孔径控制在枪钻直径公差H7等级,孔深2-3倍孔径值。枪钻在进入引导孔时,需低速运转(刃部硬质合金枪钻刀具细长、柔性大,高速运转进入引导孔时易发生刀体折断或切削刃崩裂现象)。建议钻削过程中配合油雾脉冲发生器一同使用,它可以提供一个高压冷却环境,在加工过程中刀尖一直处于切削液雾化状态,并在工件内孔表面形成一层油膜,不但能减少刀具阻力和磨损,还能有效延长枪钻寿命,在改善工件表面质量情况下,起到油雾微润滑、排屑和冷却的作用。
实际加工时,枪钻夹持在锥柄套筒中,安装于车床方刀架上,油雾脉冲发生器导管由床尾引入,高压冷却液由枪钻中空钻杆内部到达枪钻头部进行微润滑冷却,同时高压冷却液将铁屑从工件内部沿钻杆外部的V型槽排出,整个钻削过程无需定期设置退刀排屑操作。如加工φ16mm孔深280mm的工件(见图4),刀具选用硬质合金枪钻,加工前在零件一端制深40mm的φ16+0.020mm导引孔,机床转速850r/min,每转进给量0.06mm,采用油雾脉冲发生器进行油雾微润滑,成品工件内孔尺寸φ16.01mm-φ16.03mm,Ra0.8-1.6μm。
图4 枪钻深孔加工实况及加工后工件内孔表面
(3)枪钻在车床上的失效模式
当枪钻与工件回转中心偏距过大时,钻尖易发生冲击,引起刀杆颤动,导致疲劳失效,严重情况造成刀尖碎裂;当引导孔与刀头间隙过大时,枪钻切削刃后角0°,侧刃切削材料过多,切削力过大引起侧刃破裂、刀具失效;当枪钻切削部分冷却不充分时,切屑大量堆积于刀具V型排屑槽中,刀具扭矩增大,易发生刀头与刀杆分离破坏的情况。
为提高枪钻使用寿命和消除人为失效现象,应做好以下几点:
①提高刀具安装的找正精度,保证枪钻与工件具有良好的同轴度;
②控制引导孔(或导向套)同轴度、尺寸公差和表面粗糙度;
③确保枪钻处于高压冷却环境,推荐在车床加工中配合使用油雾脉冲发生器;
④根据工件材料选用合适的机床转速、进给量等切削参数。
小结
枪钻在车床深孔加工技术中,采用枪钻固定、工件旋转的回转模式。本文介绍了枪钻在车床中的夹持方式、找正方法和技术要领,分析了刀具失效模式及对应的解决策略。在车床上,配合油雾脉冲发生器的枪钻深孔加工技术,加工的工件具有良好的孔位直线度、同轴度、尺寸精度和表面光洁度。该技术可在加工中心、车床等非专用枪钻设备推广和应用,解决孔径φ5-φ25mm的深孔加工问题。
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