镗床加工性能与以下多个因素有关:
一、机床本身的特性
精度
几何精度:镗床的几何精度是影响加工性能的关键因素。例如,主轴的回转精度直接决定了加工孔的圆度。如果主轴回转时有径向跳动或轴向窜动,那么加工出来的孔会出现圆柱度误差或圆柱表面有振纹。床身导轨的直线度也很重要,它会影响镗刀在加工过程中的直线运动精度,进而影响镗孔的直线性。对于高精度镗床,其主轴径向跳动可控制在微米级,如0.002-0.005mm,这有助于加工出高精度的孔。
定位精度:镗床的定位精度对于加工孔系的位置精度至关重要。在加工有相互位置精度要求的多个孔(如发动机缸体上的缸孔)时,镗床通过坐标定位来确定每个孔的位置。现代数控镗床的定位精度可以达到±0.01-±0.005mm,这是通过高精度的光栅尺、编码器等测量反馈元件以及精密的滚珠丝杠传动来实现的。定位精度高可以保证孔系之间的距离精度和平行度、垂直度等位置精度要求。
刚度
机床的刚度包括床身刚度、立柱刚度和工作台刚度等。在镗削加工过程中,会产生切削力,尤其是镗削大直径孔或深孔时,切削力较大。如果机床刚度不足,会导致机床变形,从而影响加工精度。例如,当镗床工作台刚度不够时,在镗刀切削力的作用下,工作台可能会产生弹性变形,使镗出的孔出现圆柱度误差。一般来说,大型镗床会采用高强度铸铁或焊接结构的床身,并经过时效处理来消除内应力,以增强机床的整体刚度。
主轴性能
转速范围和功率:镗床主轴的转速范围和功率决定了它能够加工的材料范围和加工工艺。对于不同材料(如钢、铸铁、有色金属等)和不同尺寸的孔,需要不同的切削速度。主轴转速范围宽,如从几十转每分钟到几千转每分钟,可以适应多种加工需求。功率大小也很关键,当镗削大直径孔或硬质材料时,需要较大的切削力,足够的功率才能保证稳定的加工。例如,加工大型船舶发动机缸体,主轴功率可能需要几十千瓦甚至更高,以满足镗削深而大的缸孔的要求。
主轴的传动方式:镗床主轴的传动方式主要有齿轮传动、皮带传动和电主轴等。齿轮传动可以提供较大的扭矩,适合粗镗加工;皮带传动运转平稳,振动小,适合高速精镗;电主轴具有转速高、响应快等特点,能够实现高精度、高效率的加工。不同的传动方式适用于不同的加工场景,影响着镗床的加工性能。
二、刀具系统的性能
镗刀的精度和质量
镗刀的精度直接影响加工精度。高精度的镗刀可以保证加工孔的尺寸精度和表面质量。例如,微调镗刀能够精确调整镗刀的径向尺寸,调整精度可达0.01mm甚至更高,这样可以精确控制加工孔的直径。镗刀的材质也很重要,硬质合金镗刀具有高硬度、高耐磨性和良好的热稳定性,能够承受较高的切削温度和切削力,适用于加工各种硬度的材料,并且可以提高加工效率和加工质量。
镗刀的装夹系统
镗刀的装夹系统要能够保证镗刀的正确安装位置和牢固性。如果装夹不牢固,在加工过程中镗刀可能会发生位移或振动,导致加工精度下降和表面质量变差。例如,采用液压夹头装夹镗刀,可以提供均匀的夹紧力,保证镗刀的装夹精度和稳定性,并且能够适应不同直径的镗刀装夹。
三、加工工艺参数
切削速度
切削速度是镗床加工中一个重要的工艺参数。它与被加工材料的硬度、镗刀的材质以及加工精度要求等因素有关。合适的切削速度可以提高加工效率和加工质量。例如,在镗削铸铁材料时,切削速度一般比镗削钢材料稍低,因为铸铁的硬度相对较低,过高的切削速度可能会导致刀具磨损加剧和加工表面质量下降。通常,镗削钢材料的切削速度在80-200m/min左右,镗削铸铁材料的切削速度在60-150m/min左右。
进给量和切削深度
进给量:进给量影响加工表面的粗糙度和加工效率。适当的进给量可以在保证加工精度的基础上提高加工效率。如果进给量过大,会导致加工表面粗糙度增大,甚至可能出现刀痕;如果进给量过小,则会降低加工效率。例如,在精镗加工时,进给量一般在0.05-0.2mm/r之间,以获得较好的表面质量。
切削深度:切削深度决定了每次切削去除材料的厚度。在粗镗加工时,为了快速去除大量材料,切削深度可以较大,一般在2-5mm左右;而在精镗加工时,切削深度较小,通常在0.1-0.5mm左右,以保证加工精度和表面质量。
四、工件自身的特性
工件的材料性质
工件材料的硬度、韧性、导热性等性质对镗床加工性能有很大影响。硬度高的材料(如淬火钢)需要使用高硬度的镗刀和较低的切削速度进行加工,以避免刀具过度磨损。韧性好的材料(如不锈钢)在镗削过程中容易产生加工硬化现象,需要合理调整切削参数来克服。例如,不锈钢材料的切削加工,由于其韧性高、导热性差,在加工时容易出现粘刀现象,需要选择合适的刀具涂层(如TiAlN涂层)来降低摩擦系数,同时采用较小的进给量和切削深度,以提高加工质量。
工件的形状和尺寸
工件的形状复杂程度和尺寸大小也会影响镗床加工性能。对于形状复杂的工件,如具有内腔、台阶、斜孔等结构的零件,需要考虑镗刀的可达性和加工顺序。在加工大型工件(如大型机床床身、重型机械的零部件)时,由于工件重量大,需要考虑工件的装夹方式和定位精度,以保证加工过程中的稳定性和精度。例如,对于大型工件,可能需要采用专用的工装夹具进行装夹,并且在镗床工作台上要合理分布工件的重量,以防止工作台变形。