ในการตัดเฉือนความแม่นยำ การควบคุมเส้นผ่านศูนย์กลางรูในระดับไมครอนเป็นความท้าทายที่สำคัญ เครื่องมือคว้าน ซึ่งเป็นเครื่องมือตัดเฉพาะทางสำหรับการตัดเฉือนรู ได้กลายเป็นทางออกสำหรับความต้องการที่สูงนี้ เครื่องมือเหล่านี้ไม่เพียงแต่ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบสำคัญในการเพิ่มความแม่นยำของชิ้นส่วนเท่านั้น แต่ยังเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพสำหรับการตัดเฉือนรูปทรงเรขาคณิตของรูภายในที่ซับซ้อนอีกด้วย

เครื่องมือคว้านเป็นเครื่องมือตัดที่ออกแบบมาสำหรับการตัดเฉือนรู โดยมีหน้าที่หลัก ได้แก่:

• การตัดเฉือนรูภายใน: ขยายรูที่มีอยู่เพื่อปรับปรุงความแม่นยำของมิติและคุณภาพพื้นผิว
• การขยายเส้นผ่านศูนย์กลางรู: เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางรูให้เป็นไปตามข้อกำหนด
• การสร้างโปรไฟล์ภายใน: ตัดเฉือนรูปทรงเรขาคณิตภายในที่ซับซ้อน เช่น รูเรียวและรูขั้นบันได

เมื่อเทียบกับวิธีการตัดเฉือนรูอื่นๆ เช่น การเจาะ การคว้าน และการโบรชิ่ง การคว้านมีความโดดเด่นในด้านความยืดหยุ่นและความสามารถในการควบคุมความแม่นยำเป็นพิเศษ ด้วยการตัดแบบขอบเดียวหรือสองขอบ เครื่องมือคว้านสามารถบรรลุความแม่นยำในการตัดเฉือนในระดับไมครอน ซึ่งตรงตามข้อกำหนดความคลาดเคลื่อนของรูที่เข้มงวดถึงมาตรฐาน H7 หรือแม้แต่ H6 เครื่องมือเหล่านี้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในเครื่องมือเครื่องจักรต่างๆ รวมถึงเครื่องคว้าน เครื่องกลึง และเครื่องกัด

เครื่องมือคว้านแบ่งออกเป็นประเภทตามปริมาณขอบตัดและคุณสมบัติโครงสร้าง โดยมีเครื่องมือคว้านแบบขอบเดียวและสองขอบเป็นรูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุด

เครื่องมือคว้านแบบขอบเดียวมีลักษณะคล้ายกับเครื่องมือกลึงในโครงสร้าง โดยมีขอบตัดเพียงขอบเดียว สำหรับการตัดเฉือนรูที่มีความแม่นยำสูง โดยทั่วไปจะใช้เครื่องมือคว้านแบบปรับละเอียด เครื่องมือเหล่านี้มีกลไกการปรับที่แม่นยำซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมเส้นผ่านศูนย์กลางการตัดได้อย่างแม่นยำบนเครื่องมือเครื่องจักรโดยตรง

หลักการทำงานเกี่ยวข้องกับระบบตัวบ่งชี้แบบหมุนที่แม่นยำร่วมกับกลไกสกรูละเอียดระหว่างตัวยึดเครื่องมือและหัวคว้าน โดยการหมุนหน้าปัด หัวเครื่องมือจะเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงไปตามปุ่มนำทาง ทำให้สามารถปรับเส้นผ่านศูนย์กลางในระดับไมครอนได้ โดยมีความแม่นยำถึง 0.001 มม.

เครื่องมือคว้านแบบสองขอบมีขอบตัดสองขอบที่วางสมมาตรกันรอบเส้นกึ่งกลาง ทำให้สามารถดำเนินการตัดพร้อมกันได้ การกำหนดค่านี้ช่วยรักษาสมดุลของแรงในแนวรัศมีระหว่างการตัดเฉือน ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการตัด ตามโครงสร้างตัวยึดเครื่องมือ เครื่องมือคว้านแบบสองขอบแบ่งออกเป็นประเภทลอยตัวและแบบคงที่

• เครื่องมือคว้านแบบลอยตัว: ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการตัดเฉือนขั้นสุดท้าย เครื่องมือเหล่านี้มีลักษณะคล้ายกับเครื่องคว้านในโครงสร้าง และสามารถผลิตรูที่มีความแม่นยำของมิติและพื้นผิวสำเร็จรูปสูง
• เครื่องมือคว้านแบบคงที่: มีตัวยึดเครื่องมือที่แข็งแรงและเหมาะสำหรับการดำเนินการคว้านทั่วไป

เครื่องมือคว้านโดยทั่วไปประกอบด้วยสองส่วนหลัก: ตัวเครื่องมือและหัวตัด ตัวเครื่องมือทำหน้าที่เป็นโครงสร้างหลักที่เชื่อมต่อกับแกนหมุนของเครื่องจักรหรือตัวยึดเครื่องมือ ในขณะที่หัวตัดที่ทำจากวัสดุแข็ง เช่น คาร์ไบด์ จะทำการตัดเฉือนจริงตามข้อกำหนดการประมวลผลเฉพาะ

การเลือกวัสดุสำหรับตัวเครื่องมือคำนึงถึงความแข็งแกร่ง ความแข็งแรง และคุณสมบัติการลดทอนการสั่นสะเทือน วัสดุทั่วไป ได้แก่:

• เหล็กอัลลอย: ให้ความแข็งแรงและความเหนียวที่ดีสำหรับการใช้งานคว้านทั่วไป
• เหล็กทังสเตน: ให้ความแข็งแกร่งและการลดทอนการสั่นสะเทือนที่เหนือกว่าสำหรับการใช้งานที่มีความแม่นยำสูงและมีความต้องการสูง
• วัสดุผสมคาร์บอนไฟเบอร์: ผสมผสานคุณสมบัติที่มีน้ำหนักเบาเข้ากับความแข็งแกร่งสูง เหมาะสำหรับการสร้างเครื่องมือคว้านขนาดใหญ่

วัสดุหัวตัดมีอิทธิพลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของเครื่องมือและอายุการใช้งาน ตัวเลือกทั่วไป ได้แก่:

• เหล็กความเร็วสูง (HSS): มีความเหนียวและความทนทานต่อการสึกหรอที่ดีสำหรับการตัดด้วยความเร็วต่ำ
• คาร์ไบด์: ให้ความแข็งสูง ทนต่อการสึกหรอ และทนความร้อนสำหรับการทำงานด้วยความเร็วสูง
• เซรามิก: ให้ความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอสูงมากสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงและมีความเร็วสูง
• คิวบิกโบรอนไนไตรด์ (CBN): ให้ความแข็งสูงพิเศษสำหรับการตัดเฉือนเหล็กแข็งและโลหะผสมทนความร้อน
• เพชร: มีความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอสูงสุดสำหรับวัสดุที่ไม่ใช่เหล็กและไม่ใช่โลหะ

เครื่องมือคว้านมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในเกือบทุกสาขาการตัดเฉือนทางกล รวมถึง:

• การตัดเฉือนกระบอกสูบเครื่องยนต์: การคว้านที่มีความแม่นยำสูงของกระบอกสูบเครื่องยนต์ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานของลูกสูบที่เหมาะสม
• การตัดเฉือนกระบอกสูบไฮดรอลิก: การคว้านที่มีความแม่นยำของภายในกระบอกสูบไฮดรอลิกช่วยรักษาประสิทธิภาพการซีลของระบบ
• การตัดเฉือนรูแบริ่งที่มีความแม่นยำ: การคว้านรูแบริ่งอย่างแม่นยำรับประกันความแม่นยำในการหมุน
• การตัดเฉือนแม่พิมพ์: การคว้านโพรงแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำสูงช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำของมิติและคุณภาพพื้นผิวของผลิตภัณฑ์

คุณภาพการคว้านขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ รวมถึงความแข็งแกร่งของระบบเครื่องมือ ความสมดุลแบบไดนามิก ความเสถียรของชิ้นงาน รูปทรงเรขาคณิตของเครื่องมือ พารามิเตอร์การตัด ระบบแกนหมุนของเครื่องจักร และวิธีการหนีบ

ความแข็งแกร่งของระบบเครื่องมือมีอิทธิพลอย่างยิ่งต่อคุณภาพการคว้าน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการตัดเฉือนรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก รูลึก และวัสดุแข็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการทำงานแบบยื่น หากความแข็งแกร่งไม่เพียงพอจะทำให้เกิดการสั่นสะเทือนระหว่างการตัด ซึ่งส่งผลต่อความแม่นยำและพื้นผิวสำเร็จรูป

ความสมดุลแบบไดนามิกหมายถึงการกระจายมวลที่สม่ำเสมอระหว่างการหมุน ความไม่สมดุลจะสร้างแรงหนีศูนย์กลางทำให้เกิดการสั่นสะเทือน ซึ่งเป็นปัญหาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการทำงานด้วยความเร็วสูง การแก้ไขความสมดุลแบบไดนามิกช่วยปรับปรุงคุณภาพการตัดเฉือน

ความแข็งแกร่งของชิ้นงานเป็นตัวกำหนดความต้านทานต่อการเสียรูป ชิ้นส่วนขนาดเล็ก ผนังบาง หรือชิ้นงานที่มีข้อจำกัดทางเรขาคณิตอาจเสียรูปภายใต้แรงตัดโดยไม่มีการติดตั้งที่เหมาะสม การเพิ่มความแข็งแกร่งของชิ้นงานผ่านอุปกรณ์ติดตั้งที่เหมาะสมหรือจุดรองรับเพิ่มเติมช่วยปรับปรุงความแม่นยำในการตัดเฉือน

รูปทรงเรขาคณิตของเครื่องมือ รวมถึงมุมคราด รัศมีจมูก และการกำหนดค่าตัวแบ่งเศษ มีผลต่อแรงตัด รูปทรงเรขาคณิตที่แตกต่างกันสร้างระดับความต้านทานที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น มุมคราดที่ใหญ่ขึ้นจะช่วยลดแรงตัด แต่จะลดความแข็งแรงของเครื่องมือ การเลือกรูปทรงเรขาคณิตที่เหมาะสมตรงกับข้อกำหนดการตัดเฉือนเฉพาะ

พารามิเตอร์การตัด—ความเร็ว อัตราป้อน และความลึกของการตัด—มีอิทธิพลอย่างมากต่อผลลัพธ์ ความเร็วที่มากเกินไปจะเร่งการสึกหรอของเครื่องมือ ในขณะที่ความเร็วที่ไม่เพียงพอจะลดประสิทธิภาพ อัตราป้อนที่ไม่เหมาะสมทำให้เครื่องมือโอเวอร์โหลดหรือพื้นผิวสำเร็จรูปไม่ดี ในขณะที่ความลึกของการตัดที่ไม่ถูกต้องทำให้เกิดการสั่นสะเทือนหรือยืดเวลาการตัดเฉือน การปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ถึงผลลัพธ์ที่มีคุณภาพ

ลักษณะของระบบแกนหมุน รวมถึงความแข็งแกร่ง ประสิทธิภาพของแบริ่ง/เกียร์ และคุณภาพการเชื่อมต่อตัวยึดเครื่องมือ มีผลต่อผลลัพธ์การคว้าน ความแข็งแกร่งของแกนหมุนที่ไม่เพียงพอทำให้เกิดการสั่นสะเทือน ในขณะที่ประสิทธิภาพของแบริ่ง/เกียร์ที่ไม่ดีจะลดความแม่นยำในการหมุน การเชื่อมต่อที่ไม่แน่นหนำไปสู่ความไม่เสถียรของเครื่องมือ ระบบแกนหมุนที่มีความแม่นยำสูงและแข็งแกร่งเป็นสิ่งจำเป็น

วิธีการหนีบเครื่องมือมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพการคว้าน ความสูงของศูนย์กลางเครื่องมือแสดงถึงปัจจัยสำคัญ—ความสูงที่ไม่ถูกต้องจะเปลี่ยนมุมคราดและมุมเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพ ทำให้เกิดการรบกวนระหว่างเครื่องมือกับชิ้นงาน เมื่อเครื่องมือหมุน แรงเสียดทานจะเกิดขึ้น ซึ่งอาจทำให้เครื่องมือลึกลงไปในชิ้นงาน

การเพิ่มมุมคราดช่วยลดแรงตัดและการสร้างความร้อน แต่จะลดความแข็งแรงของขอบตัด เมื่อมุมเคลียร์ลดลง มุมคราดที่มีประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดการขูดเครื่องมือ—ซึ่งเป็นปัญหาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการคว้านรูเล็ก การวางตำแหน่งเครื่องมือที่เหมาะสมเหนือความสูงของศูนย์กลางเล็กน้อย (ในขณะที่ยังคงใกล้เคียงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้) ช่วยปรับปรุงมุมเคลียร์และสภาพการตัด

ระหว่างการสั่นสะเทือน ปลายเครื่องมือจะเบนลงไปทางความสูงของศูนย์กลาง ทำให้เข้าใกล้ตำแหน่งที่เหมาะสม การหดเครื่องมือเล็กน้อยช่วยลดความเสี่ยงต่อความเสียหายของชิ้นงาน มุมคราดที่เล็กกว่าช่วยรักษาเสถียรภาพของแรงดันในการตัด แม้ว่ามุมที่เล็กเกินไป (เข้าใกล้ 0°) อาจทำให้เครื่องมือเสียหาย—โดยทั่วไปแล้วจะใช้เครื่องมือคว้านมุมคราดบวก

ในการดำเนินการคว้าน ตำแหน่งภายในของเครื่องมือจำกัดการเข้าถึงของของเหลวตัดไปยังขอบตัด ทำให้การกำจัดเศษทำได้ยากและลดอายุการใช้งานของเครื่องมือ วิธีแก้ไข ได้แก่ เครื่องมือระบายความร้อนภายในและระบบของเหลวตัดแรงดันสูง

การเลือกเครื่องมือคว้านขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวของรู (ความลึกและระยะยื่น) แนวทางทั่วไปแนะนำให้ใช้ระยะยื่นน้อยที่สุดและขนาดเครื่องมือที่ใช้งานได้จริงสูงสุด การเลือกเครื่องมือ การใช้งาน และการหนีบที่ปลอดภัยที่เหมาะสมช่วยลดการโก่งตัวและการสั่นสะเทือน

ระหว่างการตัด ทั้งแรงสัมผัสและแรงในแนวรัศมีพยายามเบนเครื่องมือออกจากชิ้นงาน การโก่งตัวในแนวรัศมีช่วยลดความลึกของการตัดและความหนาของเศษ ซึ่งอาจทำให้เกิดการสั่นสะเทือน การโก่งตัวในแนวรัศมีมีผลต่อเส้นผ่านศูนย์กลางรู ในขณะที่การโก่งตัวในแนวสัมผัสจะเลื่อนขอบตัดลงจากเส้นกึ่งกลาง ข้อควรพิจารณาในการคว้านที่สำคัญ ได้แก่ รูปทรงเรขาคณิตของเม็ดมีด การกำจัดเศษ และข้อกำหนดของเครื่องมือ

มุมนำของเครื่องมือมีอิทธิพลต่อทิศทาง/ขนาดของแรงในแนวแกนและแนวรัศมี รัศมีจมูกและมุมมีผลอย่างยิ่งต่อการลดแรง—กฎทั่วไปแนะนำให้ใช้รัศมีจมูกที่เล็กกว่าความลึกของการตัดเล็กน้อย สำหรับการกลึงภายใน รูปทรงเรขาคณิตมุมคราดบวกสร้างแรงตัดที่ต่ำกว่าทางเลือกมุมคราดลบ วัสดุที่มีแรงเสียดทานต่ำ เช่น เม็ดมีดเซรามิก เม็ดมีดเคลือบแบบบาง หรือเม็ดมีดที่ไม่มีการเคลือบ โดยทั่วไปจะสร้างแรงตัดที่ลดลงและเป็นที่ต้องการ

การกำจัดเศษพิสูจน์แล้วว่ามีความสำคัญต่อประสิทธิภาพและความปลอดภัยในการตัดเฉือนภายใน เศษสั้นช่วยเพิ่มการใช้พลังงาน การสั่นสะเทือน และการสึกหรอของหลุม ในขณะที่เศษยาวทำให้เกิดปัญหาในการกำจัด เศษในอุดมคติมีขนาดสั้นและมีรูปร่างเป็นเกลียว ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการกำจัดโดยมีแรงกดบนขอบตัดน้อยที่สุด

แรงหนีศูนย์กลางผลักเศษออกไปด้านนอก แม้ว่าเศษเหล่านั้นมักจะยังคงอยู่ในรู ซึ่งอาจทำให้ทั้งชิ้นงานและเครื่องมือเสียหายเมื่อถูกบีบอัดกับพื้นผิวที่ผ่านการตัดเฉือน การปรับปรุงการกำจัดเศษเกี่ยวข้องกับการใช้ของเหลวตัดภายในหรืออากาศอัดผ่านช่องแกนหมุน การคว้านด้านหลังช่วยนำเศษออกจากขอบตัด การลดความเร็วในการตัดและหัวตัดที่เล็กลงช่วยเพิ่มพื้นที่ว่างในการกำจัดเศษ

การเลือกเครื่องมือตัดเฉือนภายในเป็นไปตามหลักการเหล่านี้:

• เลือกเส้นผ่านศูนย์กลางของบาร์คว้านที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในขณะที่ยังคงรักษาการกวาดเศษที่เพียงพอ
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเข้ากันได้กับพารามิเตอร์การตัดและการก่อตัวของเศษสำหรับการกำจัดที่ราบรื่น
• ลดความยาวของระยะยื่น—ความยาวการหนีบควรเกินสามเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของบาร์
• เลือกมุมนำที่เกิน 75° โดยควรเข้าใกล้ 90° เพื่อนำแรงไปตามแกนบาร์
• เลือกรูปทรงเรขาคณิตมุมคราดบวกเพื่อลดการโก่งตัว
• ใช้รัศมีจมูกที่เล็กกว่าความลึกของการตัด
• หลีกเลี่ยงการสั่นสะเทือนจากการมีส่วนร่วมที่ไม่เพียงพอ (เน้นแรงเสียดทาน) หรือการมีส่วนร่วมมากเกินไป (ความลึก/การป้อนที่มาก)
• ควรใช้เม็ดมีดเซรามิกหรือเม็ดมีดเคลือบแบบบาง/ไม่มีการเคลือบเพื่อลดแรงตัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสูง
• รูปทรงเรขาคณิตตัวแบ่งเศษแบบเปิดโดยทั่วไปเป็นประโยชน์สำหรับการดำเนินการคว้าน
• เม็ดมีดที่มีความแข็งแรงสูงอาจจำเป็นสำหรับปัญหาการบรรจุเศษหรือการสั่นสะเทือน—เส้นทางเครื่องมือที่ปรับเปลี่ยนสามารถปรับปรุงการก่อตัวของเศษได้