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采用铣削卡盘提高生产效率 |
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newmaker |
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在这家水泵制造厂的车铣加工中心上，采用了一种刚性极好的刀具夹紧系统，从而为提高生产效率，创建了一个良好的平台。
当人们看到安装在Mori Seiki（森精机）公司经销商J&H机床公司车间内的NT4250 DCG型机床时，Imo水泵制造厂也开始意识到，他们需要考虑购置一台装备精良的车铣加工中心了，并在刀具夹紧系统方面精心做出选择。他们意识到只有采用车铣合一的机床才能将多次装卡调试合并在一起，通过一次装卡调试，完成车削和铣削加工的任务，从而使该公司在螺杆加工生产方面实现流水作业。
该工厂的加工车间设立在North Carolina州的Monroe地区，Imo水泵制造厂的生产工程师Jonathan Hunter先生解释说：“最初，我们采用一种完全不同的方法对这些螺杆进行粗铣削加工。当初，我们需要采用多台机床加工这些螺杆，而现在只需要一台机床就可完成螺杆的全部加工。在车削加工、键槽铣削和螺纹铣削加工过程之间，我认为我们可以省去5次不同的调试装卡程序。”
最后，该车间在一个独特的主轴接口处，选用了一种铣削加工卡盘，确切地说应该叫做Capto C6卡盘，对工件进行加工，从而使机床达到了较高的切削效率，并使加工周期缩短了15%~20%。
Imo水泵制造厂设计和生产各种形状和大小的螺杆泵，其中水泵中的动力转子螺杆就是由该厂加工生产的一个特殊零件。该公司生产的水泵设计简单，可在高速、高压工作条件下运行，噪音很低、应用范围极广，适合应用于各种领域。凡是在驳船和各种运输船只上，在商用海轮和军舰的发动机机仓内都可以看到这类水泵的应用，这里仅举几个例子加以说明。
动力转子螺杆通常由4140钢制成，采用电机传动，然后通过主动螺杆驱动低脉冲泵的另外两个随动螺杆。由于这种主动螺杆，保证了这种3螺杆泵的稳定，及其顺利地运行。为此，该车间必须保证其能在稳定的基础上运行，然后对其精确地对进行加工，这一点是非常重要的。为了达到这个目的，Imo水泵制造厂需要改造原先的工艺段，即改造粗插削加工操作。这种操作涉及到螺纹的粗铣削加工，其加工中使用的刀具是一把3/4in（1in=25.4mm）的4切削槽碳化物硬质合金端面铣刀。
Big Kaiser公司的副总裁Jack Burley先生评论说：“对零件本身来说，这个键槽是一个关键部位，对整个工艺的成败起着决定性的作用。”
图1 采用以前的方法，因刀具夹紧力不够，加工时容易产生颤振噪音和发生振动。
采用新型铣削加工卡盘以后，刀具的夹紧刚性增加，因此可使该公司机床的加工周期缩短，
并提高切削精度
颤振噪音
到目前为止，该公司仍然没有解决如何以足够的刚性来夹紧碳化物硬质合金端面铣刀，以达到他们所需要的切削深度（DOC）和螺纹高速粗铣削加工所必需的高速度。Imo水泵制造厂意识到，刀具的夹紧力不合适，可能会导致加工后的表面光洁度粗糙，并且会频繁地引起刀具的断裂和工件的粘连。为此，该制造厂进行了一系列的试验。
J&H机床公司在其North Carolina州的Charlotte工厂内进行了各种各样的试验。在试验期间，他们曾经尝试了各种方法，但事实证明，这一切似乎都不切合实际，在加工周期和同心度方面都不能令人满意。例如，采用端面铣刀的刀夹和ER弹簧卡头都有一定的局限性。总之，对这个领域而言，这两种刀具夹紧方式都缺乏必要的刚性特点，这就意味着零件的加工速度会比较缓慢。
Hunter先生解释说：“在粗加工期间，ER弹簧卡头实际上会使刀具从刀夹中拉出，从而造成切削加工的尺寸不到位。标准的端面铣刀刀夹能够对刀具本身产生额外的力。当它采用这样的方式夹紧时，我注意到刀具会产生额外的磨损。过量的振动会引起过量的应力，从而导致端面铣刀向后退缩。采用这种类型的夹头，我们只能达到切削深度的一半。此外，由于我们采用的运行速度较低，夹头容易与工件粘连。”
正确的连接方法
经过几个星期的试运行以后，还是无法满足预定的操作参数，该试验工作组开始公开征求意见，并向Big Kaiser公司的地区经理Richard Bevers先生咨询。该加工车间根据某一个方面的标准选用了可以与主轴接口兼容的Capto C6卡盘。正如Burley先生所解释的那样，Capto C6接口卡盘具有一定的刚性基础，如采用适当的刀具夹紧系统，其刚性还可进一步加强。
Burley先生解释说：“这个主轴接口由一个三叶式锥形公扣接头组成，因此当将其放入到接口时，实际上不需要采用驱动键连接。由于其处于微型锥度之上，因此可以使其在主轴上精确定位。”
作为一家特许的Coromant Capto工具系统生产厂家，Big Kaiser公司可以提供多种刀具夹紧系统，它们可以与配有Capto接口的主轴相匹配。经过对这个应用领域的审核以后，Bevers先生认为采用Mega Double Power公司的铣削加工卡盘可以解决与其他两个夹具相关的颤振噪音问题。然后通过库存供货，刀具就可以被立即安装到操作系统之中了。由于振动问题得到了解决，从而使Imo水泵制造厂提高了DOC水平，以及进给率和工作速度。
图2 采用这种配置，可使冷却液的密度有利于切削槽的冲洗，
即使是使用内部不带冷却液输入孔的刀具时也是如此
较高的同心度
按照生产厂的说法，夹具本身的刚性及其夹紧刀具的方式可以消除机床的振动。在相当于4倍的直径时，其锁紧螺母的配置方式可使卡盘的精度达到0.0002 in，这就意味着与工件相接触的所有切削槽都可以进行均衡的切削。
刚性夹紧从刀具夹紧装置的外径开始，这个装置是完全对称的。为了使刀具紧固就位，操作员只需采用一把专用扳手，将这一螺母按顺时针方向拧紧就行了，这种扳手是根据Mega公司的扳手复制的，与螺母的直径匹配，可作为一个单向离合器使用。它可紧紧地夹住光滑的外径，但不会在夹紧螺母上遗留扳手牙印。当螺母全部拧紧以后，可在刀具夹紧装置与螺母之间形成双重接触面。
Burley先生说：“这种铣削加工卡盘具有很高的夹紧力，其夹紧力相当于普通夹头的7~10倍以上。如果与端面铣刀的夹具比较，它可以提供非常优秀的径向跳动误差精度、较高的质量和减震能力。当刀具切入工件时，依靠这些能力可大大提高切削速度，由于刀具的夹紧结构具有巨大的刚性，再加上刀具的防振性能，使切削加工更加平稳顺利。
Burley先生估计，Imo水泵制造厂在采用了这种刀具解决方案以后，与原先的ER夹头和标准的端面铣刀夹具相比，其DOC效率和进给速度都可提高3倍以上。
Imo公司在提高切削效率方面已取得了显著的进步，这一切也应归功于Big Kaiser公司的双击技术（DS）。所有Big Kaiser公司的刀具夹紧装置具有一个标准的特色，其周边的冷却系统可将冷却液通过夹具直接传送到端面铣刀的刀刃之上。对此Burley先生解释说：“刀具夹紧装置上有很多小孔，允许冷却液从小孔流过，这不但有利于冲去切屑，而且还可以冷却刀刃。”
自从2007年5月起，这台车铣加工机床开始在Imo水泵制造公司的Monroe生产厂安家落户。由于该机床本身的加工能力，再加上新型铣削加工卡盘的功能，使该厂的螺杆生产实现了流水作业。该公司除了提高刀具使用寿命之外，还使刀具的平均调试装卡时间节约了35%，并且大大提高了生产效率。
Hunter先生说：“我们注意到，这种特定刀具的使用寿命有了很大提高，但我们只是增加了一个卡盘而已。”根据大家的说法，虽然刀具夹紧系统本身的初期费用要比其他选件昂贵一些，但还是值得配置的。最后Bevers先生总结说：“刀具系统是至关重要的，它对提高生产效率起着非常明显的作用。但从长远来看，这要比在刀具夹紧系统上节约几个美元更值得重视。”(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(10/26/2008) |
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