加工中心钻削切削的工作原理和相关基础知识

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钻削采用钻头进行加工,今天我们详细介绍下钻削的原理、钻削的状态特点,还有就是钻削的切削功率与切削阻力、钻削加工中孔的精度和质量等。

钻削原理:

钻头通过旋转,使两个切削刃切入工件进行钻孔加工。

钻削原理

钻削切削状态特点:

越接近外周部分钻头的切削速度越高,随着向中心的靠近切削速度逐渐降低,在旋转中心即横刃中央部分的切削速度为零。

随着向中心部分的靠近前角逐渐减小,如C剖面所示,钻头中心部分(横刃部分)呈负前角,是挤压工件状态。

钻削切削状态

钻削加工,轴向力50%~70%都消耗在钻头中心部分(横刃部分),对钻头进行横刃修磨可以有效降低钻头轴向力。

切削时轴向力产生状况

钻削的切削功率与切削阻力介绍:

加工中心等机床上进行高效率钻削加工或使用大直径钻头,需确认机床主轴发动机输出功率和钻头切削功率。输出功率不足条件下,不仅不能进行加工,还会造成钻头破损或折断,是引发故障的主要原因。接着我们看下面三幅图,看看随着钻头直径与进给量的变大对轴向力、扭矩及实际切削功率会有哪些影响。

轴向力扭矩实际切削功率

钻削加工中的切屑形态和特点详细介绍:

下图是钻削加工时产生的切屑及切屑生成的状态。随着剪切角与排屑方向的变化,切屑在切削刃的位置上生成,这个过程是一个复杂的三维塑性变形过程。切屑的形态显示出了工件材料的特性。对钻头产生不良影响的圆锥螺旋形、长螺距形、锯齿形切屑,通过变更切削条件、横刃修磨形状、顶角以及设定步进进给程序,可以使切屑折断。

1、圆锥螺旋形:通过切削刃流出的扇形切屑受到槽的作用卷曲形成。通常延展性好的材料在低进给的情况下容易发生这种现象。如果在卷曲了几卷后可以折断,则排屑性能良好。

圆锥螺旋形

易生成此种切屑工件材料:软钢

2、长螺距形:生成的切屑在未卷起的状态下排出,排出后的切屑易缠绕在钻头上。

易生成此种切屑工件材料:铝合金

长螺距形

3、剪断形:圆锥螺旋形的切屑受到加工孔壁的约束,由于材料延展性不足而在形成长螺距形之前分段开。排屑性能、切屑处理都比较好。

易生成此种切屑工件材料:碳钢、合金钢

剪断形

4、锯齿形:生成切屑因槽形状与材料特性,发生压曲而折叠。易在槽中堵塞。

易生成此种切屑工件材料:不锈钢

锯齿形

5、粒状扇形:受到钻头槽与加工孔壁的约束而折断的切屑,在进给比较高的情况下产生。切屑处理良好。

易生成此种切屑工件材料:易切削钢

粒状扇形

6、针形:工件材料比较脆或卷曲半径小、因振动断裂的情况下产生的切屑。排屑性能比较好,但是易在槽中堵塞。

易生成此种切屑工件材料:铸铁

针形

钻削加工中孔的精度和质量?

影响钻削的加工精度因素有很多,包括了孔的位置精度、直线度、扩大量、圆度及孔壁面粗糙度这五个。

1、提高孔位置精度的办法:孔位置精度指的是计划的位置与实际加工的位置之间的差异。若钻头的切入性差,则无法在计划的位置钻孔,发生孔位置的偏差。使用X型横刃修磨的钻头或短钻头可以有效抑制此现象的发生。另外也有在前面工序中使用中心钻或通过导向衬套来决定位置。

孔的位置精度

2、提高深孔的直线度的办法:使用钻头钻孔的笔直程度用直线度来表示。深孔加工时要使用短钻头进行底孔加工,然后使用深孔用钻头钻孔,这样孔的弯曲量与无底孔加工时相比可降低约20%~30%。为了提高直线度,将底孔深度加工至L/D=1~3并且保证高精度、笔直是非常重要的。

3、切削刃高度与孔扩大量:实际孔径与钻头直径的差称为扩大量。影响孔扩大量的因素是心厚、横刃的偏心量、切削刃高度引起的2个切削刃的不均一性。切削刃高度的增加大致与扩大量的增加成比例,因此在钻头有安装振摆及重磨时要特别注意。(切削刃高度在0.02mm以内。)一般来说,高速钢钻头的扩大量约为钻头直径的1%。硬质合金钻头扩大量和钻头直径无关,大致20μm~40μm。

切削刃高度切削刃高度与孔扩大量的关系各种刀具材料与扩大量各种刀具材料与扩大量

4、提高圆度:钻头顶端是以横刃的两端为旋转中心、不断进行瞬间中心交换来进行反复加工的(步行现象),因此加工出的孔有时并非圆形而是多角形。为了加工出尽可能接近圆形的孔,比较有效的方法是使用X型横刃修磨的钻头,或降低钻头的转速、增大进给量。

多角孔的事例

5、孔壁面粗糙度和螺旋线:影响孔壁面粗糙度的原因有切削刃的平衡、排屑状态及刃带部分的粘接。切削加工中若发生步行现象,在孔壁面会出现称为螺旋线的螺旋状痕迹,使表面粗糙度恶化。与提高圆度的对策相同,变更切削条件、减小切削刃高度、横刃的偏心量是很重要的。

螺旋线孔壁面粗糙度(Rz)加工中心

好了,钻削的加工原理、加工形态等相关的基础知识,介绍的还是比较比较详细的,期待下期再见吧!




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