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利用轴向脉冲振动提高深孔钻的进给速度

作者：Sabine Schur 来源：国际金属加工商情

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为了能使加工过程可靠地进行，对于采用内部冷却液的开有直排屑槽的深孔钻（又称枪钻），产生最佳切屑形状的短切屑是必要的条件。这种短的切屑可以可靠地从刀具的容屑槽中排出。特别是在加工钢和长切屑材料时，这种刀具由于常常会形成不良的切屑，因而就不能采用最高的进给速度。提高转速虽然可以提高进给速度，但是这会增大刀具的负载，由此会缩短刀具的使用寿命。为了提高刀具的耐用度，愈来愈多的采用涂层深孔钻。在加工时，这种刀具会由于涂层而产生不良形状的切屑，这就又回到了最初提出的问题上。

简言之：开有直排屑槽的深孔钻，其加工效率受到切屑成形因素的限制。

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通过脉冲振动，充分利用深孔钻的加工潜力因此需要开发一种与刀具几何形状无关的能可靠断屑的装置，以便能够充分利用开有直排屑槽深孔钻潜在的加工效率，Botek公司（驻地在Riederich）的试验室主任Jurgen Deeg先生说道。在采用和没采用轴向-脉冲振动器进行深孔钻削时，通过其产生的切屑（切屑成形与材料有关）所进行的比较表明(表1)，采用轴向-脉冲振动器是达到了预定的断屑目的。

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图1. 目前，Botek 公司制造的轴向脉冲振动器，其小规格结构可用于
直径最大为4mm的深孔钻，而大规格结构则用于直径为（4~12）mm的深孔钻。

轴向-脉冲振动器（以下简称脉冲振动器）是一种费用不大的装置，它可以十分简单地装到刀具—驱动主轴上，并且可以根据用户的要求适应现有机床的使用条件（如7:24大锥度、圆柱柄和法兰等）。脉冲振动器有两种标准结构：小规格结构用于直径最大为4mm的深孔钻，而大规格结构用于直径为（4~12）mm的深孔钻(图1)。这两种标准结构的性能详细说明如下：

◆小规格结构：
刀具直径：最大为4mm；最高转速：11000 r/min，
可调整: 冲程可以由用户进行调整，
重量：1.3 kg；机体直径：50mm；长度：140mm

◆大规格结构：

刀具直径：4mm~12mm；最高转速：6000 r/min，
已预先调整好：冲程由制造厂调整，
重量：4.4 kg；机体直径：70mm；长度：160mm

需要不同于这两个标准结构的装置可以向公司进行询问。目前，一种样机正在研发之中，其结构尺寸比标准结构要小得多。

刀具的往复脉冲运动促使可靠断屑

在加工设备运行时，两种脉冲振动器能使深孔钻在钻孔方向实现调定的往复脉冲运动，由此使切屑厚度时而增加和时而减少。当切屑厚度为零时就迫使切屑折断。对于脉冲振动，是通过一个成形轮来产生机械脉冲行程，并最佳地与刀具的类型，刀具直径和实际的钻孔过程相适应：或者是由制造厂预先调整好，或者，对于小规格脉冲振动器是可以在振动器上来进行调整。

就脉冲振动器的工作原理，Deeg先生解释道：在这里，它不是冲击钻削，而是一种调定的脉冲振动。脉冲行程数始终与主轴转速是一致的。在振动中只是刀具产生移动。在机床上进行的工艺过程中，脉冲运动是不可测定的，因为这里移动的质量太小。所以也就排除了对机床产生诸如使主轴轴承偏移的不良后果。

过程可靠的断屑有利于提高进给速度

脉冲振动器促使过程可靠的断屑。由此为开有直排屑槽的刀具进行深孔钻削时，改善了刀具的加工能力和提高了生产效率。例如，开有直排屑槽的整体硬质合金双刃深孔钻，通过采用脉冲振动器也可以毫无困难地应用于钢和产生长切屑的材料的加工。一个刀具直径为6mm和钻削深度为45 x D mm（D为刀具直径—译注）的双刃深孔钻，在采用微量润滑的情况下，最佳的进给速度Vf可高达1000 mm/min。如果不采用脉冲振动器，由于刀具和工件材料的原因而存在着典型的切屑成形问题，要实现这样高的进给速度，工艺过程是不可靠的。

对于采用脉冲振动的单刃深孔钻削，显著提高进给速度也是可以的。采用整体硬质合金结构的单刃深孔钻（直径为3mm）加工钢（42CrMo4）时进给速度可以毫无困难地达到Vf = 400 mm/min，并且工艺过程是相当可靠的。对于较大的钻头直径，例如8mm这样的直径，在加工16MnCr5合金钢时，实现的进给速度可以达到Vf =800 mm/min。在这里，单刃深孔钻削工艺普遍采用的冷却润滑液和其流量、压力和温度也适用于采用脉冲振动的单刃深孔钻削。

Deeg先生着重指出：“跟常规的深孔钻削相比，在加工时我们可以在提高进给速度的同时而显著地降低转速。减少了切削时间和增加了有利的使用条件，可视工件材质的情况而不同程度地延长刀具的使用寿命。”

在多次试验中我们注意到，对于采用脉冲振动的高效深孔钻削，也能获得单刃深孔钻削那样良好的孔的直线度，专家Deeg先生解释道。对于采用脉冲振动器的深孔钻削，除了获得所述工艺过程的改善外，还具有单刃深孔钻削工艺的一般优点—例如，良好的孔的直线度、圆度和表面质量。采用脉冲振动器的高效深孔钻削，其特别的工艺参数可以产生类似于镗削那样微小的毛刺。这就像常规深孔钻削时那样的情况。

对于采用脉冲振动的高效深孔钻削来说，所述优点完全可以采用标准刀具来获得。为了达到最高的加工效率，例如刀具要通过专门的刃磨来最佳地适配加工条件。

刀具操作简单

同用来进行高效深孔钻削的其他一些刀具相比较，简便、快速和费用不高的刀刃重磨是开有直排屑槽深孔钻的重要优点。用户即使是由自己来进行刀刃重磨也只需花相当低的费用。同样可以放弃刀具的去除涂层和重新涂层，这就获得显著的费用和时间的节约，并且减少了刀具的周转数量。

同样可应用于加工中心上

在所有常见的深孔钻床上，脉冲振动器的安装和运行是有效的，是完全没有问题的。而对于加工中心应注意，高压冷却液集中供给装置的冷却液应可以通过现有的主轴。如果人们要安装一个防转装置，那么脉冲振动器与机床的具体条件相匹配是必要的。当应用于装备有自动换刀装置的加工中心时，考虑到脉冲振动器的结构尺寸，建议采用提取式换刀站。

Botek公司的轴向脉冲振动器，提高了开有直排屑槽刀具进行深孔钻削时的效率。视工件材质和工艺参数可以简单和花费不大的费用来提高进给速度—并且同时保持工艺过程可靠的单刃深孔钻削工艺的众多优点。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (11/29/2008)


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