专利名称：一种铝合金、铜合金零件的微孔钻削加工方法
技术领域：
本发明涉及一种微孔钻削加工方法，特别是铝合金、铜合金零件平面、圆柱面上直 径Φ0. Imm以下、深径比大于8 1微孔的钻削加工方法。
背景技术：
大深径比(大于8)的微孔(孔径小于Φ0. 5mm)加工是一项世界性的加工难题。 目前，常用的微孔加工主要有钻、冲、磨等机械加工方式及电火花、超声、激光、电解、电子束 加工等特种加工方式。目前，在机械加工方法中，由于钻削加工微孔可以实现大深径比、高 表面质量和较高的加工精度等诸多优点，钻削加工一直是微孔加工中应用最广、使用性最 强的一种方法[1][2]。国际上，英国切尔西的RIFF公司在厚度为0. 02” (0. 508mm)的材料上加 工出直径为Φ0. 002” (Φ0. 0508mm)的微孔；美国加州的UKAM公司推出直径为 Φ0. 001，，(Φ0. 0254mm)微小金刚石钻头，马里兰州的National Jet公司生产出直径 Φ0. 02 Φ0. 03mm的微钻，但均无相应微孔深度的说明；日本住友电工公司生产出最小直 径为Φ30μπι的硬质合金钻头，但最大加工深度为60μπι，深径比仅为2。国内目前主要是 利用钻模板定位钻削、高速钻削、振动钻削等工艺方法开展一些直径大于Φ0. Imm的微小 孔加工试验研究，尚未形成成熟、可靠的钻削加工直径在Φ0. Imm以下、深径比大于8 1 微孔的工艺方法。微孔钻削加工目前主要存在以下问题(例如参考文献[1] [2] [3])①微细钻头刀具直径小、刚度低，刃长极为有限，为了避免不必要的长度损失需进 行精密对刀。但对刀时极其容易出现微细钻头与工件发生轻微接触而导致钻头折断问题。②微细钻头刀具直径小、刚度低，入钻位置易偏移，严重影响入钻位置精度，进而 影响微孔尺寸和形状精度，甚至直接导致钻头折断。③微细钻头刀具直径小，容屑空间非常有限，排屑又困难，造成切屑堵塞，增加刀 具的发热和磨损，降低刀具使用寿命甚至折断。④轴向钻削力相对较大，出口处毛刺产生较多，去除困难，易堵塞微孔。[1]唐英等.“微小孔加工技术现状及发展趋势”.新技术新工艺，2007 (2) :52-54.[2]马星辉等.“精密微小孔加工技术进展.电加工与模具”，2008 (5) :13-18.[3]程军等.“微小孔钻削工艺的研究现状”，机械工程师，2007(11) :9_11。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种容易控制的超深微孔 的钻削加工方法，解决微细钻头与加工件间的精密对刀问题，以及铝合金、铜合金零件平 面、圆柱面上的超深微孔(直径Φ0. Imm以下、深径比大于8 1)的精密加工问题。本发明的技术解决方案是一种铝合金、铜合金零件的微孔钻削加工方法，步骤如 下
(1)选择设备和微细钻头(1. 1)选择的数控机床应满足主轴转速不低于30000rpm、主轴径向跳动误差不 大于0. 003mm，单轴的定位、重复定位误差不大于0. 005mm，有精密的微细钻头夹持装置；(1. 2)选择的微细钻头应满足微细钻头夹持部分的圆柱度要求小于0. 005mm ；(2)将需微孔加工的零件装夹在机床上；(3)装夹微细钻头，保证装夹后微细钻头夹持部分的径向跳动误差小于等于 0. 006mm ；(4)将微细钻头与零件进行非接触式对刀；(5)在步骤(1)选择的数控机床上进行微孔钻削加工，数控机床的主轴速度设置 在50mm/s 100mm/s，钻削进给速度设置在0. 01 μ m/rev 1 μ m/rev。所述步骤(5)中的使用Φ 0.05mm钻头加工铝合金材料的零件时主轴转速优选在 20000rpm 30000rpm范围内，进给速度优选在0. 01 μ m/rev 0. 05 μ m/rev范围内。所述步骤中非接触式对刀的实现步骤如下(4. 1)使用万用表或欧姆表设置在欧姆档；(4. 2)将万用表或欧姆表一端导线连接在零件端，另一端导线连接在微细钻头 端；(4. 3)将数控机床进给方式调整到手动模式，使用手轮逐格进给移动，观测万用表 或欧姆表中电阻值的变化；(4. 4)将电阻值有突变的位置点作为对刀点，并记录此时机床坐标值。本发明与现有技术相比有益效果为(1)本发明使用专用微孔钻削工艺参数进行数控高速钻削，提高了微细钻头的自 定心能力，降低了加工时的轴向钻削力，提高了刀具使用寿命，微孔尺寸和形状精度也得到 了有效控制。(2)本发明采用非接触式微米级精密对刀，对刀时微细钻头无需与工件接触就能 精确确定相互位置，避免了微细钻头刀具出现折断问题。(3)本发明使用专用微孔钻削工艺参数进行高速钻削，减少了出口处毛刺的产生， 提高了微孔加工质量。(4)本发明微孔钻削加工时不需使用钻模定位或预先加工导孔，对加工设备的要 求不高，操作方法简单、效率高且稳定可靠。(5)本发明首次在国内实现了铝合金零件平面、圆柱面上的直径小于Φ0.05πιπι、 深径比91微孔的高速钻削加工。
图1为本发明工艺流程图；图2为微细钻头刃部几何参数示意图；加为钻头局部主视图，2b为加的右视图， 2c为加的E-E剖视图，2d为2b的F-F剖视图。
具体实施例方式下面结合附图1对本发明做进一步说明。
本发明主要包括设备和微细钻头选择、零件装夹、微细钻头装夹、非接触式对刀、 钻削程序编制和微孔钻削加工等步骤。本发明的非接触式对刀采用“电阻值法”进行非接 触式的微米级对刀，钻削程序编制是本发明的重点，其涉及了钻削加工过程的进退刀方式、 进退刀位置点、主轴速度、进给速度等关键工艺参数，其他工艺过程属于常规工艺过程。本发明的实现步骤如下1.设备和微细钻头选择(1)选择的数控机床应满足主轴转速不低于30000rpm、主轴径向跳动误差不大 于0. 003mm，单轴的定位、重复定位误差不大于0. 005mm，有精密的微细钻头夹持装置。(2)选择的微细钻头应满足a.微细钻头应具有足够的刚性、韧性，良好的几何结构以利于排屑，并拥有较好的 耐磨损能力和较长的刀具寿命，见图2。例如当钻削加工Φ0. 05mm微孔，选用微细钻头螺旋角25°，顶角105°，钻头直 径50 μ m，钻芯直径20 μ m，横刃斜角127°，槽型圆弧半径15 μ m。b.微细钻头应有装卡用的夹持部分，刃部直径根据孔径要求确定。c.微细钻头夹持部分的圆柱度要求小于0.005mm。上述微细钻头可由ATOM公司提供，最小钻头直径可达到Φ0. 03mm。2.将铝合金零件装夹在机床上。3.装卡微细钻头，保证装卡后微细钻头夹持部分的径向跳动误差小于等于 0. 006mm。4.非接触式对刀(1)使用万用表或欧姆表设置在欧姆档；(2)万用表或欧姆表一端导线连接在与工件一端，另一端导线连接在微细钻头一 端；(3)将数控机床进给方式调整到手动模式，使用手轮逐格进给移动，观测万用表或 欧姆表中电阻值的变化；(4)将电阻值有突变的位置点作为对刀零点，并记录此时机床坐标值。5.按下述参数要求编制微孔钻削数控程序(1)钻削加工的起始点对刀点退后0. Olmm 0. Imm ；(2)主轴速度主轴速度一般设置在50mm/s 100mm/S ；(3)钻削进给速度进给速度一般设置在0. 01 μ m/rev 1 μ m/rev ；(4)进刀方式机床主轴从安全位置快速逼近钻削加工的起始点位置，以0. 01 1 μ m/rev速度进给到给定钻削深度；(5)退刀方式以Fl 5mm/min速度移动至钻削加工的起始点，再快速移动到安
全位置。6.执行微孔钻削数控程序，即可完成微孔的钻削加工。实施例按照上述步骤，使用Φ0. 05mm微细钻头在厚度0. 45mm的铝合金零件上进行微孔 加工，微细钻头装夹后钻头夹持部分的径向跳动误差小于0. 003mm，实施结果见下表
权利要求
1.一种铝合金、铜合金零件的微孔钻削加工方法，其特征在于步骤如下(1)选择设备和微细钻头(1. 1)选择的数控机床应满足主轴转速不低于30000rpm、主轴径向跳动误差不大于 0. 003mm，单轴的定位、重复定位误差不大于0. 005mm，有精密的微细钻头夹持装置；(1. 2)选择的微细钻头应满足微细钻头夹持部分的圆柱度要求小于0. 006mm ；(2)将需微孔加工的零件装夹在机床上；(3)装夹微细钻头，保证装夹后微细钻头夹持部分的径向跳动误差小于等于0.006mm ；(4)将微细钻头与零件进行非接触式对刀；(5)在步骤(1)选择的数控机床上进行微孔钻削加工，数控机床的主轴速度设置在 50mm/s 100mm/s，钻削进给速度设置在0. 01 μ m/rev 1 μ m/rev。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金、铜合金零件的微孔钻削加工方法，其特征 在于所述步骤(5)中的使用Φ0. 05mm钻头加工铝合金材料的零件时主轴转速优选在 20000rpm 30000rpm范围内，进给速度优选在0. 01 μ m/rev 0. 05 μ m/rev范围内。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金、铜合金零件的微孔钻削加工方法，其特征在于 所述步骤中非接触式对刀的实现步骤如下(4. 1)使用万用表或欧姆表设置在欧姆档；(4. 2)将万用表或欧姆表一端导线连接在零件端，另一端导线连接在微细钻头端；(4. 3)将数控机床进给方式调整到手动模式，使用手轮逐格进给移动，观测万用表或欧 姆表中电阻值的变化；(4. 4)将电阻值有突变的位置点作为对刀点，并记录此时机床坐标值。
全文摘要
一种铝合金、铜合金零件的微孔钻削加工方法，(1)选择设备和微细钻头(1.1)选择的数控机床应满足主轴转速不低于30000rpm、主轴径向跳动误差不大于0.003mm，单轴的定位、重复定位误差不大于0.005mm，有精密的微细钻头夹持装置；(1.2)选择的微细钻头应满足微细钻头夹持部分的圆柱度要求小于0.005mm；(2)将需微孔加工的零件装夹在机床上；(3)装夹微细钻头，保证装夹后微细钻头夹持部分的径向跳动误差小于等于0.006mm；(4)将微细钻头与零件进行非接触式对刀；(5)在步骤(1)选择的数控机床上进行微孔钻削加工，数控机床的主轴速度设置在50mm/s～100mm/s，钻削进给速度设置在0.01μm/rev～1μm/rev。
文档编号B23B35/00GK102069209SQ20101061754
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者孙慧丽, 张强, 彭俊彬, 李兆光, 李利, 王建军, 黎月明 申请人:北京控制工程研究所