一种封闭深腔的高效插钻开腔加工方法及工具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械加工技术领域，涉及一种封闭深腔的插钻开腔加工方法及工具。
【背景技术】
[0002]在机械加工中有很多带有封闭深腔的零件，若型腔深度为D、宽度为W，则此类封闭深腔中D ^ 2W，且仅有一面开放(图1)。此类结构件很多是采用铣削方式从整体毛坯中切除腔内多余材料，材料的去除量很大。目前，主要采用层铣方法在一个整体毛坯上完成封闭深腔内余量的切削去除。当型腔较深时(D多3W)，采用层铣加工时铣刀悬伸会很长，切削振动严重。为减小振动必须选择较小的切削参数(切削速度、切削深度、进给量)，导致加工效率较低。近年来，采用插铣方法加工封闭深腔有所发展。插铣加工可使大部分切削力分配到铣刀的轴向，径向力较小，能较好的降低加工深腔时的振动，加工效率得到一定提高。然而，当型腔深度达到4倍宽度(D多4W)时，由于依然存在径向力，插铣加工中振动仍然很严重，只能采用较小的切削参数，加工效率不能有效提高，加工质量不易保证。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种封闭深腔的高效插钻开腔加工方法及工具，该封闭深腔的插钻开腔方法具有加工深腔时切削振动小，加工效率高的优点。其技术方案如下:
[0004]一种封闭深腔的插钻开腔加工方法，选取的封闭型腔的拐角位置为起刀位置。钻头旋转运动为主切削运动，向下的进给运动为主进给运动，在左边起刀位置加工的第一个孔为一个完整的盲孔，第一个孔加工结束后，钻头抬起并沿步距方向移动一个步距，钻削第2个孔，依次类推一直加工到右边拐角位置，此时，钻头抬起快速移回起刀位置，然后沿切宽方向移动一个切宽，进行第2排孔的加工，此过程一直持续到整个型腔加工结束。
[0005]一种封闭深腔的专用加工工具，包括工件1、钻头2和钻杆3，在钻杆3上设有授油器4和抽肩器6，在授油器4上设有切削液入口 5。
[0006]优选地，在工件I上设有夹具7。
[0007]本发明的有益效果:本发明可降低封闭深腔加工振动、提高加工效率。
【附图说明】
[0008]图1为【背景技术】中封闭深腔的插钻开腔的结构示意图；
[0009]图2为封闭深腔的插钻开腔加工运动示意图；
[0010]图3为封闭深腔插钻开腔时工件、刀具与工作台位置关系示意图；
[0011 ] 图4为封闭深腔结构图；
[0012]图5为插钻走刀方式示意图；
[0013]图6为封闭深腔的专用加工工具结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
[0015]在该加工方法中需使用可用于插钻加工的专用钻头，钻头底刃为平刃，可保证所加工孔的底部为平面。
[0016]在该加工方法中钻头起刀位置(钻头钻削第一个孔的位置)可选取工件型腔中的任意位置，但为方便钻头走刀路线的设计及数控机床的编程一般选取的封闭型腔的拐角位置(如图2选取左下角)为起刀位置。钻头旋转运动为主切削运动，向下的进给运动为主进给运动。如图2，在左边起刀位置加工的第一个孔为一个完整的盲孔，第一个孔加工结束后，钻头抬起并沿步距方向移动一个步距S，钻削第2个孔，依次类推一直加工到右边拐角位置。此时，钻头抬起快速移回起刀位置，然后沿切宽方向移动一个切宽，进行第2排孔的加工，此过程一直持续到整个型腔加工结束。
[0017]在该加工方法中径向切削力很小、轴向切削力较大。因此，加工时如为进一步提高效率选择直径较大钻头，则机床应具备较大的功率和较高刚度。否则，为减小切削振动，保证切削稳定，不宜选择过大直径钻头。
[0018]【具体实施方式】:
[0019]一种封闭深腔的高效插钻开腔加工方法，【具体实施方式】为:
[0020]如图3，将工件装夹在具有足够功率和刚度的卧式加工中心的工作台上，使待加工封闭深腔的深度方向与机床主轴进给方向(即Z向)一致。选择深腔的最下部为插钻加工的起刀位置，当被加工腔体较深时，这对于排肩顺畅尤为重要。插钻时通过机床主轴旋转带动钻头旋转，主轴的Z向运动实现钻头沿型腔深度方向的进给运动，工作台的在X、Y方向的运动实现钻头在切宽和步距走向的运动。
[0021]以图4所示封闭深腔结构为例。该型腔需从一材料为CrNi3MoVA的方形毛坯上开腔，切出多余金属完成加工。封闭深腔长140mm，宽60mm，深240mm，4个圆角半径为10mm。插钻加工时既要具有较高的切削效率，又要对机床功率和刚度要求不过高，可选用直径24_的插钻专用钻头进行加工。
[0022]具体加工时钻头转速n = 660r/min (切削速度v。= 50m/min)，钻头进给量速度f=66mm/min(每转进给量fn= 0.lmm/r)。钻头的走刀方式如图5所示。工件在工作台上如图5立起放置，钻头的起刀位置在左下角的第I行第I列位置，此位置加工完毕后，钻头收回并向右移动到第I行第2列位置，然后是第I行第3列。第I行加工完毕后，钻头向左上移动到第2行第I列位置，开始第2行的加工。以此类推，直至钻头加工到第9行第3列，完成全部加工。图5可见，完成加工后工件四个RlO的圆角还有少量材料未去除，可在后续精加工中一并切除。
[0023]参照图6，一种封闭深腔的专用加工工具，包括工件1、钻头2和钻杆3，在钻杆3上设有授油器4和抽肩器6，在授油器4上设有切削液入口 5。在工件I上设有夹具7。
[0024]在此封闭型腔开腔加工时插钻加工与普通层次加工的效率比较如下:
[0025]插钻加工中
[0026]钻头一次加工时间为:TS=D/f = 240 + 66 = 3.64min ；
[0027]总时间为Tz= 3X9XTS= 27X3.64 = 98.28min ；
[0028]普通层铣加工中采用相同直径的3齿铣刀，选用n = 793r/min(切削速度Vc =60m/min)，钻头进给量速度 f = 237.9mm/min (每齿进给量 fz= 0.lmm/r)，切宽 a e= 24mm，铣削深度ap= 2mm，则
[0029]铣削一层的时间约为:TC=(15X7+11) X3/f = 348 + 237.9 = 1.46min ；
[0030]总时间为Tx= D/apXTc= (240 + 2) X 1.46 = 175.2min ;
[0031]对比在此型腔中采用插钻与层铣两种加工方法，插钻加工不但切削中振动较小，且效率较高。插钻加工总时间为98.28min，层铣加工总时间为175.2min，插钻可节省时间约:
[0032]ΤΔ = (Tx- T z) /Tx= (175.2 — 98.28) +175.2 = 44%
[0033]由此可见，插钻切削效率有大幅提升。
[0034]本发明的插钻加工方法在加工封闭深腔时切削振动小，加工效率明显提高。
[0035]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种封闭深腔的插钻开腔加工方法，其特征在于，选取的封闭型腔的拐角位置为起刀位置，钻头旋转运动为主切削运动，向下的进给运动为主进给运动，在左边起刀位置加工的第一个孔为一个完整的盲孔，第一个孔加工结束后，钻头抬起并沿步距方向移动一个步距，钻削第2个孔，依次类推一直加工到右边拐角位置，此时，钻头抬起快速移回起刀位置，然后沿切宽方向移动一个切宽，进行第2排孔的加工，此过程一直持续到整个型腔加工结束。
2.一种封闭深腔的专用加工工具，其特征在于，包括工件(1)、钻头(2)和钻杆(3)，在钻杆⑶上设有授油器⑷和抽肩器(6)，在授油器(4)上设有切削液入口(5)。
3.根据权利要求2所述的封闭深腔的专用加工工具，其特征在于，在工件(I)上设有夹具⑵。
【专利摘要】本发明公开了一种封闭深腔的高效插钻开腔加工方法及工具，选取的封闭型腔的拐角位置为起刀位置。钻头旋转运动为主切削运动，向下的进给运动为主进给运动，在左边起刀位置加工的第一个孔为一个完整的盲孔，第一个孔加工结束后，钻头抬起并沿步距方向移动一个步距，钻削第2个孔，依次类推一直加工到右边拐角位置，此时，钻头抬起快速移回起刀位置，然后沿切宽方向移动一个切宽，进行第2排孔的加工，此过程一直持续到整个型腔加工结束。该封闭深腔的插钻开腔方法具有加工深腔时切削振动小，加工效率高的优点。
【IPC分类】B23Q3-06, B23Q11-00, B23B35-00
【公开号】CN104841968
【申请号】CN201510069881
【发明人】姜增辉, 刘*, 舒蓓蓓, 石莉
【申请人】沈阳理工大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年2月7日