镗削加工基础知识

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1、镗削加工基础知识关于镗削加工已有许多技术文章，其中一些文章写得很不错，但也有一些文章存在明显的谬误。为了有效完成这种重要的内孔精加工，必须消除有关镗削的一些错误观念。　　镗削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的内径车削工艺，其应用范围一般从半粗加工到精加工，所用刀具通常为单刃镗刀（称为镗杆）。　　镗刀有三个基本元件：可转位刀片、刀杆和镗座。镗座用于夹持刀杆，夹持长度通常约为刀杆直径的4倍。装有刀片的刀杆从镗座中伸出的长度称为悬伸量（镗刀的无支承部分）。悬伸量决定了镗孔的最大深度，是镗刀最重要的尺寸。悬伸量过大会造成刀杆严重挠曲

2、，引起振颤，从而破坏工件的表面质量，还可能使刀片过早失效。这些都会降低加工效率。　　对于大多数加工应用，用户都应该选用静刚度和动刚度尽可能高的镗刀。静刚度反映镗刀承受因切削力而产生挠曲的能力，动刚度则反映镗刀抑制振动的能力。　　本文的第一部分主要分析镗刀的静刚度。文中资料来源于作者对镗刀挠曲的研究。镗刀的挠曲取决于刀杆材料的机械性能、刀杆直径和切削条件。切削力　　作用于镗刀上的切削力可用一个旋转测力计进行测量。被测力包括切向力、进给力和径向力。与其它两个力相比，切向力的量值最大。　　切向力垂直作用于刀片的前刀面，并将镗刀向下

3、推。需要注意，切向力作用于刀片的刀尖附近，而并非作用于刀杆的中心轴线，这一点至关重要。切向力偏离中心线产生了一个力臂（从刀杆中心线到受力点的距离），从而形成一个力矩，它会引起镗刀相对其中心线发生扭转变形。　　进给力是量值第二大的力，其作用方向平行于刀杆的中心线，因此不会引起镗刀的挠曲。径向力的作用方向垂直于刀杆的中心线，它将镗刀推离被加工表面。　　因此，只有切向力和径向力会使镗刀产生挠曲。已沿用了几十年的一种经验算法为：进给力和径向力的大小分别约为切向力的25％和50％。但如今，人们认为这种比例关系并非“最优算法”，因为各切

4、削力之间的关系取决于特定的工件材料及其硬度、切削条件和刀尖圆弧半径。推荐采用以下公式来计算切向力Ft：Ft＝396000×切削深度×进给率×功率常数加工不同工件材料时镗刀所受径向力的计算公式见表1。表1镗刀径向力的计算工件材料－布氏硬度－径向力计算公式碳钢，合金钢，不锈钢，工具钢－80～250－Fr＝0.308×Ft碳钢，合金钢，不锈钢，工具钢－250～400－Fr＝0.672×Ft球墨铸铁，灰铸铁－150～300－Fr＝0.331×Ft镗刀的挠曲　　镗刀类似于一端固定（镗座夹持部分）、另一端无支承（刀杆悬伸）的悬臂梁，因此

5、可用悬臂梁挠曲计算公式来计算镗刀的挠曲量：y=（F×L3）/（3E×I）式中：F为合力，L为悬伸量（单位：英寸），E为弹性模量（即刀杆材料的杨氏模量）（单位：psi，磅/平方英寸），I为刀杆的截面惯性矩（单位：英寸4）。镗刀杆截面惯性矩的计算公式为：I=（π×D4）/64式中：D为镗刀杆的外径（单位：英寸）。镗刀挠曲计算实例：加工条件：工件材料：AISI1045碳钢，硬度HB250；切削深度：0.1″，进给量：0.008英寸/转；刀杆直径：1″，刀杆的弹性模量：E＝30×106psi，刀杆的悬伸量：4″。（1）切向力的计算F

6、t＝396000×切削深度×进给量×功率常数＝396000×0.1×0.008×0.99＝313.6lbs（2）径向力的计算Fr＝0.308×Ft＝0.308×313.6＝96.6lbs（3）合力的计算F＝328.1lbs（4）截面惯性矩的计算：I＝（π×D4）/64＝0.0491in.4（5）镗刀挠曲的计算y=（F×L3）/（3E×I）=0.0048″分析镗刀挠曲和截面惯性矩的计算公式可知，在镗削加工时应遵循以下原则：（1）镗刀的悬伸量应尽可能小。因为随着悬伸量的增大，挠曲量也会随之增大。例如，当悬伸量增大1.25倍时，在

7、刀杆外径和切削参数保持不变的情况下，挠曲量将增大近2倍。（2）镗刀杆的直径应尽可能大。因为当刀杆直径增大时，其截面惯性矩也会增大，挠曲量将会减小。例如，当刀杆直径增大1.25倍时，在悬伸量和切削参数保持不变的情况下，挠曲量将减小近2.5倍。（3）在悬伸量、刀杆外径和切削参数保持不变时，采用高弹性模量材料的镗刀杆可以减小挠曲量。镗刀杆的材料　　镗刀杆由钢、钨基高密度合金或硬质合金制成。合金钢是最常用的刀杆材料，也有一些镗刀杆制造商采用AISI1144碳高速钢。无论何种牌号的碳钢和合金钢，都有相同的弹性模量：E＝30×106ps

8、i。一种常见的误解是认为采用高硬度或高品质钢制造镗刀杆可以减小挠曲量。而从挠曲计算公式可以看出，决定挠曲的变量之一是弹性模量而非硬度。　　钨基合金是采用粉末冶金技术加工制成。钨、镍、铁、铜等高纯度金属粉末是烧结各种合金的典型元素，其中有些合金可用于制作镗刀杆和其它刀柄。用于制作镗刀杆的典型