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如何进行铰孔和镗孔的精密铣削?

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:任务工单图2-138所示为铰、镗孔零件,材料为45钢,零件的外轮廓已经加工完成,单件加工。图2-138 铰、镗孔零件铣削加工任务准备在零件图中尺寸公差如果标注公差带代号时,在加工前应将其转换为极限偏差的形式,转换可以查相关金属切削手册。对于小直径孔的镗削可以使用单刃镗刀进行加工。

如何进行铰孔和镗孔的精密铣削?

任务描述

该零件采用数控加工中心完成加工,加工出的零件应符合图样技术要求,进行加工操作时要符合操作规程,要求能够选择合理的切削加工工艺参数,能熟练操作数控加工中心实施对零件的调整加工和尺寸精度的检测及对数控加工中心的日常维护与保养。

任务工单

图2-138所示为铰、镗孔零件,材料为45钢,零件的外轮廓已经加工完成,单件加工。

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图2-138 铰、镗孔零件铣削加工

任务准备

零件图中尺寸公差如果标注公差带代号时,在加工前应将其转换为极限偏差的形式,转换可以查相关金属切削手册。如ϕ24H8为孔的公差带代号,其公称尺寸为ϕ24mm,公差等级为IT8,孔的基本偏差代号为“H”,经查孔的尺寸为ϕ240+0.033mm。

1.铰孔及铰刀

铰孔是对已有孔进行微量切削的一种精加工方法。铰孔使用铰刀进行加工,铰刀的柄部可分为锥柄和直柄两种,材料常用高速钢及合金工具钢。机用铰刀如图2-139所示,有4~12齿,铰刀由工作部分、颈部和柄部三部分组成。选用时要根据生产条件及加工要求来定,单件或小批量生产时,选用手用铰刀;大批量生产时,选用机用铰刀。一般铰孔后的加工精度为IT8~IT9,表面粗糙度Ra0.8~Ra1.6μm。

铰削用量的选择如下:

1)铰削钢件及铸铁件时,f=0.5~1mm/r;铰削铜件或铝件时,f=1~1.2mm/r。

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图2-139 机用铰刀

a)锥柄 b)直柄

2)用高速钢铰刀铰削钢件及铸铁件时,v=4~8m/min;铰削铜件或铝件时,v=8~12m/min。

常用碳钢材料的铰孔余量见表2-58。

2-58 常用碳钢材料的铰孔余量

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2.镗孔及镗刀

镗孔是用镗刀对已有的孔进行进一步加工,以精确地保证孔系的尺寸精度和几何精度,并纠正上道工序的误差。常用镗刀有单刃镗刀和双刃镗刀。镗孔属于精加工,粗镗后孔的尺寸精度为IT8~IT9,表面粗糙度为Ra1.6~Ra3.2μm;精镗后孔的尺寸精度为IT7~IT8,表面粗糙度为Ra0.8~Ra1.6μm。

(1)单刃镗刀单刃镗刀切削部分的形状与车刀相似,如图2-140所示。对于小直径孔的镗削可以使用单刃镗刀进行加工。

常见的单刃镗刀在刀杆上的安装位置有两种:一种是切削部分垂直镗刀杆轴线安装,适合加工通孔,如图2-141a所示;另一种是切削部分倾斜镗刀杆轴线安装,适合于加工不通孔和台阶孔,如图2-141b所示。

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图2-140 单刃镗刀

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图2-141 机用单刃镗刀刀头

a)通孔镗刀刀头 b)不通孔镗刀刀

(2)双刃镗刀 双刃镗刀是指镗刀的两端有一对称的切削刃同时参与切削,如图2-142所示。其优点是平衡性好,可以消除径向力对镗杆的影响,可以用较大的切削用量,对刀杆刚度要求低,不易振动,所以切削效率高。

(3)镗削用量的选择 由于刀具尺寸受到被加工孔径的限制,影响了镗刀的刚度,因此镗孔时应根据实际情况,适当选用较小的切削速度和较小的进给量。此外,镗刀杆的刚度随着镗刀杆伸出铣床主轴的长度而变化,镗削点距离主轴越远,则镗孔质量越差,因此镗削点应尽量靠近主轴。

1)镗削碳钢及铸铁件时,切削速度v=40~60m/min,f=0.3~1.0mm/r。

2)镗削铜、铝及合金件时,v=200~250m/min,f=0.4~1.5mm/r。

3)一般钢件粗镗后余量留0.2mm;精镗后余量留0.1mm;另外,一次粗镗削时,加工余量应该是粗加工余量加上精加工余量。

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图2-142 双刃镗刀

3.华中HNC-22M系统铰镗孔加工固定循环

(1)铰孔加工固定循环在数控铣床或加工中心上进行铰孔,可使用钻孔G81指令和G82指令,该指令也常用于铰孔和扩孔,其进给动作如图2-143所示。

(2)镗孔加工固定循环

1)粗镗孔加工固定循环。

【格式】 G98(G99)G85 X__Y__Z__R__F__L__

【说明】 该指令各参数含义与G81指令完全相同。从R点到Z点主轴正转,刀具正向进给到孔底部,然后主轴以快速动作退出,在孔底时主轴不反转。其中,L为循环次数,不指定时默认为1次,当L=0时机床不动作;F为进给率。

2)精镗孔加工固定循环。

【格式】 G98(G99)G76 X__Y__Z__R__Q__P__I__J__K__F__L__

【说明】 Q为刀具在孔底的反向偏移量,如图2-144所示,为正值,须小心指定;P为刀具在孔底的暂停时间(单位为ms);I__J__为刀具刀尖反方向的移动量,I对应X轴,J对应Y轴;K为每次退刀的距离。

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图2-143 G81、G82指令铰孔进给动作

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图2-144 定向停止

G76指令进给动作如图2-145所示。除Q指令字以外,各参数含义与G81指令完全相同。另外在使用该指令前,须确认机床是否具有主轴准停功能,否则可能会发生撞刀。

3)其他镗孔固定循环。

【格式】 ①半精镗循环指令G98(G99)G86 X__Y__Z__R__F__L__

②手动退刀镗孔循环指令G98(G99)G88 X__Y__Z__R__P__F__L__

③镗阶梯孔循环指令G98(G99)G89 X__Y__Z__R__P__F__L__

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图2-145 G76指令进给动作

【说明】 G85。G86、G88、G89指令进给动作如图2-146所示。

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图2-146 G86、G88、G89指令进给动作

a)G86动作图 b)G88动作图 c)G89动作图

a)G86动作,至孔底后主轴停转,并快速返回R点后主轴正转。

b)G88动作,孔底暂停后主轴停转,转换为手动状态退出至返回点平面主轴正转。

c)G89动作,与G86指令相同,有孔底暂停,切削返回R点后主轴正转。

华中HNC-22M系统固定循环指令见表2-59。

2-59 华中HNC-22M系统固定循环指令

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4.SIEMENS802D系统铰镗孔加工固定循环

(1)铰孔循环

【格式】 CYCLE85(RTP,RFP,SDIS,DP,DPR,DTB,FFR,RFF)

【说明】 刀具按照编程的进给速率铰孔、镗孔,直至达到最后预定的铰孔深度;在执行该循环指令前应快速至返回平面上方铰孔坐标位置,然后快速进给至安全平面位置,再以工进进给倍率速度进行铰孔至预定深度;“RFF”为回退进给率,从孔底工进回退至安全平面;在铰孔底设定停留时间。

其参数示意图如图2-147所示。

铰孔循环CYCLE85的参数及说明见表2-60。

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图2-147 铰孔循环CYCLE85的参数示意图

2-60 铰孔循环CYCLE85的参数及说明

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(2)镗孔循环

【格式】 CYCLE86(RTP,RFP,SDIS,DP,DPR,DTB,SDIR,RPA,RPO,RPAP,POSS)

【说明】(www.xing528.com)

1)镗孔一旦到达镗孔深度,便激活主轴准停功能,主轴将从返回平面快速回到编程的返回位置。

2)SDIR(旋转方向),该参数的值为3或4(M03或M04),否则将产生报警。

其循环参数示意图如图2-148所示,其参数及说明见表2-61。

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图2-148 CYCLE86镗孔循环示意图

2-61 镗孔循环、CYCLE86的参数及说明

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(续)

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问颖思考

1.从G86指令的进给动作看,为什么G86指令适合粗镗与半精镗?

2.从提高效率角度来讲,为什么少用G88指令进行镗削?

3.从G89指令的进给动作看,为什么G89指令适合阶梯孔的镗削?

任务实施

1.图样分析

该零件为高精度孔加工零件,对称结构,两个通孔尺寸均为ϕ18H7,查相关金属切削手册,其尺寸为ϕ180+0.021mm,阶梯孔尺寸为ϕ300+0.05mm,并均有表面粗糙度Ra1.6μm要求,中间阶梯通孔为ϕ15mm表面无尺寸精度和表面粗糙度要求。

2.工艺分析

1)该零件两侧通孔的尺寸精度及表面粗糙度要求较高,故可采用钻、铰孔方式进行加工;中间圆柱形沉头孔精度高,需用钻、镗孔方式进行加工;下部通孔精度较低,可直接钻孔加工,另外钻孔时需注意钻头的超越量。

2)铰孔精加工余量取0.1~0.2mm(直径量),精镗孔余量取0.4~0.6mm(直径量)。

3.工艺准备

1)设备华中HNC-22M系统及SIEMENS 802D系统数控加工中心,采用两V形块和平口钳装夹。

2)量具0~120mm游标卡尺、5~30mm内径千分尺、0~150mm深度游标卡尺、磁性表座及百分表

3)其他垫铁若干,扳手,纯铜棒或橡胶锤。

4.刀具清单

刀具清单见表2-62。

2-62 刀具清单

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(续)

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5.工艺流程

数控加工工艺流程见表2-63。

2-63 工艺流程

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6.工艺制订

数控加工工艺卡见表2-64。

2-64 数控加工工艺卡

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工件坐标系的原点设置在零件上表面中心孔位置,将XYZ向的零偏值输入工件坐标系G54中,工件上表面为Z0

7.华中HNC-22M系统数控程序及说明

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编程提示

采用G76指令精镗孔时,一定要在加工之前仔细验证镗刀退刀的方向,是否与工件发生干涉,从而保证镗刀刀尖向反方向退刀。镗刀在孔底反方向移动后,不会划伤已加工内孔表面,退刀位置由G98或G99决定。

8.SIEMENS(802D)系统数控程序及说明

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编程提示

对于型腔加工华中HNC-22M系统无型腔加工循环,一般情况下,应采用子程序编写程序;而对于SIEMENS系统有型腔加工循环,因此在编程时,为简化编程考虑,采用型腔加工循环指令。

零件加工及检测

1)打开总电源、机床电源,开启数控系统

2)检查机床状态,手动低速运行主轴及XYZ轴动作。

3)机床回参考点(先Z轴回零,后XY轴回零)。

4)检查夹具,使用百分表将钳口与X轴的平行度误差控制在0.02mm以内。

5)工件采用V形块装夹,工作面超出V形块5mm左右。

6)输入零件加工程序,检查程序并模拟校验进给路线

7)加工中心刀库安装A2.5中心钻为1号刀位,ϕ17.5mm钻头为2号刀位,ϕ15mm钻头为3号刀位,ϕ18mm铰刀为4号刀位,ϕ18mm键槽立铣刀为5号刀位,ϕ30mm镗刀为6号刀位。

8)用试切法对刀,并将XY零点值输入偏置寄存器,偏置寄存器中Z值设定为0,输入H01、H02、H03、H04、H05、H06刀具长度补偿数据及D01、D02半径补偿数据9.5mm、9.25mm(SIEMENS系统输入T1、…、T6中长度补偿数据及T5的半径补偿数据)。

9)工件试切加工。

10)检验零件尺寸。

11)加工结束,卸下刀具、工件,清理机床并将各坐标轴停在中间位置。

零件加工后将所测结果填写零件检测评分表,见表2-65。

2-65 零件检测评分表

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注意事项

1)为保证钻孔轴线与铰孔轴线一致,工件不能二次装夹,利用两V形块装夹时,V形块应与钳口平齐,以避免刀具与夹具发生干涉。

2)铰削若余量过大,则切削温度高,会使铰刀直径膨胀导致孔径扩大,使切屑增多而擦伤孔表面,若余量过小,则会留下原孔的刀痕而影响表面粗糙度,一般粗铰余量为0.15~0.25mm,精铰余量为0.08~0.15mm。铰削应采用低切削速度,以免产生积屑瘤和引起振动。

3)铰孔时排屑能力差,为减小摩擦、抑制振动和减小表面粗糙度值,应加注足够的切削液,铰削钢件时可用乳化液,铰削铸铁件时可用煤油

4)铰孔的适应性较差。一定直径的铰刀只能加工一种直径和尺寸精度的孔,如需提高孔径的公差等级,则需对铰刀进行研磨。铰削的孔径一般在ϕ40mm以下,对于阶梯孔和不通孔则铰削的工艺性较差。

5)为增加镗刀的刚度,减小镗刀在加工过程中的变形,除了增大刀杆的截面积外还应尽量缩短其悬出长度。

6)在单件加工过程中,造成镗孔尺寸错误的主要原因是对镗刀的调整不正确。若批量生产该零件,则可采用自动换刀编程加工方式,若单件生产则采用手动换刀编程加工方式。

扩展训练

1.长方形定位板零件如图2-149所示,材料为45钢,毛坯尺寸为93mm×53mm×24mm。要求:坯件规方,进行工艺分析,确定工件坐标原点,编写加工程序,加工零件,检查零件尺寸精度。

2.凹圆盘钻、锪孔零件如图2-150所示,材料为45钢,毛坯尺寸为103mm×83mm×34mm。要求:坯件规方,进行工艺分析,选择装夹方式,编写加工程序,进行零件加工,加工零件,检测零件的尺寸精度。

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图2-149 长方形定位板零件

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图2-150 凹圆盘钻、锪孔零件

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