面向用戶需求的高效精密鉸削刀具

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鉸削是一種二次精加工，其作用是滿足對孔的尺寸、形狀精度和表面光潔度更為嚴格的加工要求寻僧。目前應用的鉸削刀具既有已使用了數百年的傳統手用鉸刀，也有能夠快速噪境、高效加工高精密孔的先進鉸削系統堪渠。以下介紹三種可以滿足不同終端用戶加工需求的鉸削系統：第一種鉸刀被設計用于在CNC 數控機床上實現快速加工轉換；第二種鉸刀主要適用于對切削速度要求較高的加工場合半泪；第三種則是集鉆孔和鉸孔功能于一體的復合鉸刀陶握。

1. Valenite公司的MODCO BHR鉸刀

汽車零部件制造商面臨著控制成本和“即時供貨（just-in-time-supply）”的壓力，為此他們必須將加工時間縮減至最短效勺。實現這一目標的方法之一就是采用可從加工上一個零件快速轉換到加工下一個零件的先進加工設備誓华，這就導致了傳統的生產流水線被加工單元（machining cells）所取代。在許多情況下胧蹲，這些加工單元中的CNC數控機床必須配置新型的刀具系統菇唇。

MODCO BHR

為了替代傳統生產線普遍使用的伺服－可調式鉸刀，Valenite公司（Valenite LLC殉酬，位于美國密切根州Madison Heights）開發(fā)了一種適合在CNC數控機床和生產線上進行高效匪补、高精度鉸削加工的新型鉸削系統。這種名為MODCO的焊頭式鉸刀（Brazed Head Reamer, BHR）的特點是互換性好烂翰，焊有多個硬質合金刀齒的鉸削頭可以快速更換夯缺。這種快換連接機構具有足夠高的剛性和安裝重復性蚤氏，更換鉸削頭后不需作任何調整，即可鉸削加工出符合ISO H7級精度的精密孔踊兜。此外竿滨，多切削刃結構使切削力分布均勻，從而使鉸刀能以較高的切削參數進行大批量高效加工捏境。例如于游，在鉸削加工中碳鋼和高碳鋼工件時，一般可采用切削速度50～100m/min垫言，進給率0.40~0.50mm/r贰剥；加工表面粗糙度可達Ra0.3～0.8μm。

最近筷频，Valenite公司正以打包定制的方式蚌成，為汽車工業(yè)的裝備制造商（OEMs）及其主要供貨商使用的主流制造程序提供加工刀具。MODCO BHR鉸刀就是根據特定的加工材料涯馆、加工機床和生產批量而專門配置的秕刊。該鉸削系統設計有5種不同的刀柄尺寸，與之匹配的鉸削頭可用于鉸削加工直徑尺寸φ9.75～32.50mm的盲孔或通孔俺埋。直徑尺寸φ15.49mm以下的孔采用四齒鉸削頭加工戏筹，φ15.50mm以上的孔則采用六齒鉸削頭加工。刀齒材料共有兩種牌號嫁昌，一種是未涂層的超細顆粒硬質合金牌號VP-1R20，適合鉸削鋁和其它非鐵族金屬以及鈦合金等甩楷；另一種是PVD TiN涂層的超細顆粒硬質合金牌號VP-5R15锁荚，用于加工鋼和不銹鋼、鑄鐵以及所有的鎳/鈷/鐵基超級合金催锯。

Valenite公司負責加工解決方案的產品經理鮑勃.科勒曼指出滴练，鉸刀是一種精加工刀具，而不是用于去除金屬材料的初級加工刀具孵熏。他說摊桅，“典型的孔加工操作通常為鉆孔→鏜孔→鉸孔，如果鉆削的孔質量較高捺氢，也可直接進行鉸削加工藻丢，但鉸孔不可能切除大量工件材料，它畢竟是一種精加工”摄乒。用BHR鉸刀鉸孔時悠反，每邊的最大材料切除余量為0.25mm。由于該鉸刀具有自導向功能馍佑，因此Valenite公司推薦與可調式和浮動型刀具夾頭配合使用斋否。科勒曼說，“通常鉸刀將沿著工件上已加工好的底孔進刀茵臭，操作者要做的只是將鉸刀作少許徑向移動疫诽，以確定孔的中心位置〉┪”

科勒曼還指出奇徒，在切削加工采用新型材料的汽車零件時，采用加工單元生產方式有助于提高生產效率社证。而在生產流水線上切削加工易導致刀具快速磨損的高強度逼龟、高磨蝕性材料時，由于更換刀具時需要頻繁停止和重新起動整條流水線车匪，因此會大大降低生產效率秦代。加工單元生產方式允許使用可快速更換的備用刀具系統，易于實現對難加工材料（如蠕墨鑄鐵臼裂，CGI）汽車零件的批量鉸削加工蚯景。

2. Iscar公司的Bayo T-Ream鉸刀

Iscar公司（Iscar Metals Inc.，位于美國德克薩斯州Arlington）的Bayo T-Ream鉸削系統是專為高速鉸削加工開發(fā)的一種高效前肥、精密鉸刀楣索。該刀具的最大特點是采用了基于快換卡口原理的可互換式整體硬質合金多齒鉸削頭。Bayo T-Ream鉸刀的孔徑加工范圍為φ9.5～32mm淀肿，鉸孔精度可達ISO H7級媳惦，加工低合金鋼和鑄鋼材料時的典型切削參數為：切削速度80～120mm/m，進給率0.7～1.1mm/r讯谎。該鉸削系統是針對以切削速度為首要考慮因素的大批量加工場合而設計的碎员。據Iscar公司宣稱，Bayo T-Ream鉸刀允許的吃刀率可比普通鉸刀提高30倍以上乘硬。

BAYO T-REAM

切削功能與定位功能的分離使Bayo T-Ream鉸刀的加工精度顯著提高倾圣，并實現了高速鉸削。鉸刀的每一個槽刃都包含了一個切削區(qū)和一個導向區(qū)扁眯。切削區(qū)位于槽刃起始部位的倒棱處壮莹，加工時切屑在此形成。導向區(qū)是一個圓柱形的凸帶姻檀，它在加工過程中支撐和引導鉸刀通過被鉸孔命满。導向部與被鉸孔的間隙很小，可對工件表面起到擠光作用绣版。圓柱形導向部的作用還可使鉸刀的倒錐度減小周荐，鉸刀后部的直徑尺寸僅比前部的直徑尺寸小0.01～0.02mm。

Bayo T-Ream鉸刀的高加工精度和高切削速度使其對加工系統的剛性提出了比使用傳統鉸刀時更為嚴格的要求僵娃。Iscar公司負責孔加工和整體硬質合金圓形刀具的國內產品經理克雷格.塞格林說概作，“Bayo T-Ream鉸刀具有不錯的剛性腋妙，當它安裝在SRKIN收縮夾頭或ShortIN夾頭中時，其懸伸長度僅為1.25″（32mm）讯榕，因此不會發(fā)生偏斜骤素。如果采用浮動夾頭，則必須對被鉸孔的入口處進行預處理愚屁，使其與鉸刀上的倒棱角度完全匹配撑枯。大多數鉸刀總是沿著阻力最小的路徑進入被鉸孔，但是一旦鉸刀圓柱形導向部的直徑部分進入孔中蛹活，鉸刀就會沿著直線進刀簇抑。與用鏜刀鏜孔一樣，如果被鉸孔存在偏心或錐度匕磅，Bayo T-Ream鉸刀可將其校直枢蜗。”

Iscar公司推薦晃逞，使用Bayo T-Ream鉸刀加工鑄鐵和鋼件時箍颗，為了獲得最佳鉸削效果，預鉸孔的直徑應比需要加工出的孔徑小0.2～0.3mm虽才；而在加工較軟的工件材料（如鋁）時纲愁，預鉸孔的直徑應比需要加工出的孔徑小0.3～0.4mm。此外寨都，鉸孔加工應與此前的鉆孔加工在相同的工件夾持狀態(tài)下進行诫汇，如果鉸孔加工的工件夾持狀態(tài)與鉆孔加工時有所變化，則應加大鉸孔允差昼接。

Iscar公司指出爽篷，Bayo T-Ream鉸刀能夠使被鉸孔的直徑最多增大8mm，因此它可單獨應用于高精密孔的精加工辩棒。

加工盲孔與通孔的T-Ream鉸刀在槽型結構上有所不同。用于加工盲孔的鉸刀采用直槽結構膨疏，因為直槽可為被冷卻液沖出盲孔的切屑提供順暢的排屑通道一睁；而在加工通孔時，設計為左旋螺旋槽的鉸刀可將切屑向前推佃却，防止切屑沿著刀槽流動者吁，并可保護孔的表面質量。此外饲帅，與直槽相比复凳，螺旋槽不容易引起振動，因此更適合加工斷續(xù)孔和不規(guī)則的孔灶泵。T-Ream鉸刀的另一個可起到減振作用的設計特點是刀槽的非對稱分布育八。鉸削頭外圓周的各刀槽采用不等間距分布可有效防止會降低被鉸孔精度（圓度和圓柱度）的共振的形成对途。不過，為了便于精確測量鉸刀的實際切削直徑髓棋，其中有兩個刀槽采用了180°相互對稱分布锉寿。

Iscar公司指出，為了在高速鉸削時仍能保持良好的加工精度趴国，就需要將機床主軸泣虚、刀具夾頭、刀柄和鉸削頭之間的徑向跳動控制到最小程度债苍。如果不能保證控制徑跳的效果坠痒，則推薦采用較大的鉸孔允差。如果加工機床的剛性不足以滿足高速鉸削的要求咳铅，則應考慮采用傳統的鉸削工藝选阔。

Bayo T-Ream鉸刀適用的切削速度和進給率均遠遠高于傳統的鉸刀。Iscar公司的產品經理Segerlin列舉了一個鉸削鋼件的加工實例：他用Bayo T-Ream鉸刀加工粘性材料12L44鋼件時采用的加工參數為：主軸轉速1500rpm帕吆，切削速度36ipm（900mm/min）聋芹，每齒切屑厚度0.004″（0.1mm），鉸孔深度0.750″（19mm）觅霉。加工出的孔在孔口沥涕、孔中和孔底處的直徑均為0.6308″（16mm），無錐度誤差绑警，圓度誤差小于0.000020″（0.5μm）求泰，表面粗糙度為Ra4μin。Segerlin說计盒，在某些加工條件下渴频，采用Bayo T-Ream鉸削可獲得與精密鏜削相同的加工效果，且加工速度比鏜削更快北启。

3. Cogsdill刀具公司的Shefcut鉸－鏜復合刀具

由Cogsdill Tool Products公司（位于美國南卡羅萊納州Camden）開發(fā)并已上市的Shefcut精密鉸－鏜刀具系統具有精密鉸削和精密鏜削的雙重功能卜朗，這種復合型刀具的結構特點是在刀具外圓周上分布有多個導向刀墊，刀墊上安裝一個可調的單切削刃刀片咕村。

Shefcut

Cogsdill公司的公共通訊經理弗雷德.奧格本介紹說场钉，刀片安裝時帶有很小的倒錐角，使其切削功能“幾乎類似于單點切削式刀具懈涛，雖然是采用刀片切削方式逛万，但實際上是用刀片的前刀尖進行切削”。該刀具被設計用于對直線度和圓度要求較高（可達ISO H6級）的精密孔加工批钠。在典型的車間機床設備上加工時宇植，孔的公差（包括直線度和圓度）一般可控制在0.0002″（5μm）以內，加工表面粗糙度可達Ra4μin（加工某些材料時可達到更高光潔度）了岸。

與刀體相互獨立的切削刀片可在有限范圍內微調颗屏，并可根據被加工的特定孔徑尺寸進行預調奈揩。奧格本說，“Shefcut刀具實質上并不是一種可調式鉸刀瘾夯，雖然它確實具有微調功能索射，但這只是一種精調型（fine-tuning-type）調刀∏晌耍”刀片的可調范圍只有萬分之幾英寸虎铅，其作用是對孔徑尺寸進行精調和對刀片磨損進行補償。

與切削刀片相互獨立的導向刀墊是不可調的恋鞋，它被磨制成正好比加工某一特定孔徑的刀片尺寸小十分之幾英寸钟骏。刀墊可以專門定制，以適合各種特定的加工任務（如加工多直徑孔赵须、短孔或超長孔企鄙、斷續(xù)切削、導向加工等）业嗅。

Shefcut刀具的夾持方式和切削參數的選擇取決于所選定的加工類型（鉸孔或鏜孔）倘谢。當用于精密鉸孔加工時，刀具可以在預加工的底孔中定位咒吐，此時采用的表面切削速度通常較低野建，夾持刀具的主軸夾頭一般采用浮動夾頭或精密夾頭。為了增大Shefcut刀具的加工柔性恬叹，位于切削頭后的刀體尺寸立即“縮小”候生。

奧格本說，“因此绽昼，刀具將找正被鉸孔直至各導向刀墊與孔壁完全接合唯鸭，在該點進行鉸削即可加工出精確而筆直的孔，操作者幾乎無須對刀具進行干預硅确∧扛龋”他列舉了一個在傾斜床身車床上用Shefcut鉸刀（夾持在Cogsdill浮動夾頭上）精密鉸削鋁制氣缸孔的加工實例。該刀具能夠消除車床本身的校準誤差對鉸孔的影響菱农，經鉸削后的缸孔無須再進行后續(xù)珩磨加工缭付。加工采用的切削速度為150sfm，進給量為0.007ipr大莫，達到的鉸孔精度為：尺寸公差0.0002″（5μm）蛉腌，表面粗糙度Ra5μin篇瀑。

當采用剛性夾持方式時厨朗，Shefcut刀具能在加工中（如精鏜鑄件孔）實現對孔徑尺寸的精確定位。Shefcut刀具用于鏜削加工時看剃，通常采用較高的主軸轉速淀然，因此對加工系統的剛性要求較高（包括主軸與刀具的精密聯接）鹿腕，此時可選用HSK夾頭或可調夾頭。奧格本說悔琉，“在鏜孔加工時不能采用浮動夾頭悼锻，因為實際上對孔的精鏜加工需要滿足特定的孔徑尺寸要求“ィ”他列舉了一個精鏜滑閥孔（材質為灰鑄鐵）的加工實例透辜，孔的直徑尺寸為0.6245″，刀具轉速為1500rpm网赤，進給量為0.005ipr使萨，加工表面粗糙度達到Ra32μin。

導向刀墊與切削刀片之間的位置尺寸關系是影響Shefcut刀具加工性能的主要因素族延。其中的關鍵尺寸是導向刀墊直徑與最小切削直徑之間的尺寸差锰扶，該差值被稱為“安全區(qū)域”，因為要避免刀具在加工中被損壞寝受，就必須始終保持該尺寸差坷牛。

雖然也可以用千分尺來測量和調整刀具的切削直徑，但Cogsdill公司還是推薦使用一種專用調刀夾具（對于批量加工尤其必要）很澄。用該夾具調刀時京闰，將刀具置于可調頂尖之間，然后用兩個測頭分別進行測量痴怨。以導向刀墊的直徑作為參考點忙干，一個測頭用于測量刀具的切削直徑，另一個測頭用于測量刀片的倒錐度浪藻。

前調節(jié)螺釘用于設定刀片的切削直徑捐迫。通過調節(jié)螺釘移動刀片直至刀片高出導向刀墊的尺寸差等于“安全區(qū)域”值（即刀片直徑比刀墊直徑大0.008～0.013mm左右）。后調節(jié)螺釘用于設定刀具的倒錐度爱葵。通過調節(jié)螺釘移動刀片后部使其與刀墊平齊（即小于刀墊直徑約0.013～0.020mm）施戴。

Cogsdill公司可根據用戶的特定加工需求定制Shefcut刀具的規(guī)格尺寸。該公司同時也提供鉸削加工常用孔徑尺寸的系列刀具萌丈，雖然其中的每一把刀具只能用于加工某一特定孔徑尺寸赞哗。所謂的“標準”刀具是以半成品的形式備貨的，在向用戶交貨之前才根據訂單要求磨制出導向刀墊庭走，并按照特定的孔徑尺寸安裝和預調刀片蕴脯。

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