如何提高长刀具悬伸时的生产效率

作者：山特维克可乐满公司 Christer Richt

欢迎访问e展厅 展厅 1 车刀/镗刀展厅 车刀, 槽刀, 切断刀, 倒角刀, 镗刀, ... 大多数情况下，改善生产效率的重点是提高切削刃的能力。切削刃的切削能力得到提升后，可以持续改善生产效率。但是，由于不同零件的特点各异，那么刀具悬伸已成为加工中的重要影响因素之一，我们越来越关注切削刃切削震动中的表现效果。有刀具悬伸即存在振动倾向，但是，大多数情况下，这种问题能够通过极轻微的切削和刀具慢慢接近工件来避免，但是就会牺牲切削效率。如果刀具必须进入孔或凹腔内，那么会产生挠曲力，这种力会导致振动倾向。 长悬伸刀具 当今的加工领域中，内孔车削、镗削、切断和切槽以及铣削工序均需要较长刀具悬伸，并且越来越常用，在某些情况下，同一工件可能需要多种类型的工序。迄今，很多长悬伸应用的加工性能水平低下，仅仅达到零件可加工出来的最基本要求，那就是不要发生切削振动，而无从谈及生产效率。因为刀具发生振动，容易导致加工安全性下降、零件质量差，噪声水平高、刀具寿命短，甚至加工出废品。因此，往往只能运用低于切削刃能力的切削参数，从而增加了加工成本，生产时间也更长。 在铣削工序中，由于断续切削动作，加工过程中一定会出现振动倾向。由于使用长悬伸刀具，越来越多的铣削工序具有振动倾向。很多方法可一时避免诱发振动倾向，例如采用正确的铣刀和刀具路径。但是，当刀具悬伸（主轴端刀柄法兰与刀刃之间的距离）超过接柄直径的三倍时，如果要加工出满足现有标准的产品，则需要采取其他措施。 随着对铣削时的刀具悬伸为四倍或以上的刀具直径的需求日益增加，我们迫切渴望克服振动的影响，因为振动限制了生产效率。特别是，由于轴向切深和进刀量不得不保持较低水平，所以金属去除率一直未发挥出应有的水平。在很多情况下，无论是铣削还是内孔车削，必须采用长悬伸刀具。例如，在多任务机床上，B轴主轴通常会妨碍刀具接近工件，因此必须使用悬伸较长的刀具。 为了克服振动倾向，我们需要用更多的高科技手段去制造减振刀柄，这有助于更好、更精确地将振幅减至最低。也就是说，我们可以很准确地确定一个领域的振动类型和所需要的减振阻尼设定。在最新的研发工作中，我们在设计和应用减振技术时，结合了大量的专业技术手段和经验，使得在更高加工速率的情况下实现更平稳的金属切削。 在加工期间，不可能完全消除振动，但是，现在完全可将其降低至最低水平，而对加工过程无任何影响。采用先进的模拟方法、设备和测量系统，结合对结构动力学知识的深入理解，完全可以消除刀具上作用力的不利影响。该研发工作不仅实现了减振功能，并且能够更加准确地找到具体刀具悬伸的函数性。 对于铣削工序，采用新的标准接柄不会因刀具悬伸而对加工性能产生影响。标准接柄可将两种不同悬伸范围的典型振幅降至最低。目前有两种不同长度的减振接柄，分别专用于悬伸达4～5倍接柄直径以及6～7倍接柄直径的铣削工序。订制减振接柄可以使铣刀杆的悬伸更长。（本文所称的刀具悬伸是指主轴端刀柄法兰与刀刃之间的距离）这些接柄适用于铣削工作中较长刀具悬伸的最常见的领域。 采用新系统可提高生产效率，大大缩短接柄的投资回报时间。 该铣削接柄可允许增加轴向切深和进刀量。这可以大幅提升生产效率的潜力，为凹腔等超过加工范围的零件特征带来高效率铣削加工可能性，例如在使用直径大于刀杆的槽面铣刀时。新产品的潜力可以延长工具悬伸，或者在提高生产效率的同时延长刀具悬伸。 内孔车削 内孔车削会更广泛涉及到刀具悬伸。很多零件的孔很深，对镗杆悬伸的要求很严格，悬伸范围为4倍-14倍镗杆直径。刀具的正确选型和应用对操作的结果起着决定性的作用，因为内孔车削对振动很敏感。 Silent Tools减振镗杆的一个优点是减振机构尽量靠近切削刃布置，这种安装方法能快速响应任何振动倾向。 普通的钢制镗杆对四倍直径的悬伸比较理想。整体硬质合金镗杆适用于六倍直径的场合。对于较长悬伸的领域，内孔车削需要采用减振镗杆。钢制减振镗杆用于加工悬伸为10倍直径的孔，增强型硬质合金减振镗杆用于14倍直径的悬伸。通常切槽和螺纹切削采用较低的悬伸。另外，所有机床的机构自身的振动特征都是不同的，即相同的切削加工因机床自身特性不同而在不同的频率点上发生振动。因此，重要的是开发出能在尽量大的频率区域内都能正常运行的减振标准刀具。 孔径 在采取减振措施的过程中，使用的孔径和镗杆直径变化很大。标准的工具系统的加工直径为10～250毫米，而订制刀具产品的覆盖直径更大。 内孔车削采用减振镗杆的原因有三：保持小公差和出色的表面质量、通过最少的走刀次数而使加工时间缩至最短，以及采用具有竞争力且经济的加工速率。此时生产效率和安全性最关键，因为很多零件的加工制造过程的竞争非常激烈。 现在，内孔车削时镗杆和切削头的组合使用对于加工获益匪浅。对于孔径小于20 mm的小直径加工，有T形和D型两种刀片类型可以使用，可以优化手头正在进行的工序，例如，当公差极限范围很小和进行硬零件车削时。对于孔径大于等于20 mm的场合，可采用可互换式切削头，灵活性大、安全性高，刀具装夹方便。 在内孔车削时，采用高压冷却技术非常重要。通过在切削刃后面加装冷却液喷嘴，可改善切屑控制和排出，目的是在机床上充分利用冷却液设备。带固定喷嘴的刀柄能够确保冷却液精确地喷射到切削区域，从而提高断屑性能，并将断屑排出孔外并传输至传送带。在车削中心上采用快换刀柄系统，此系统通常可以设计有高压冷却水供给喷嘴。方便使用高压冷却水将铁屑吹离加工区域。这些装置装有内置式接头和供液管，而在必须使用外接管道时，换刀时间就会很长。采用优化的切削单元，装有预置的固定喷嘴，从而减少机床的装配时间。 内孔车削时采用正确的方法可对加工性能、安全性和加工结果产生很大差别。例如，山特维克可乐满的三次走刀法，其中编程的部分就包括编程直径比所要求的直径大。当需要花三十分钟以上时间来反复加工以获得小公差范围的精加工时，通过山特维克可乐满的内孔车削能够在五分钟以内完成，优势特别明显。 之所以能大大缩短加工时间的原因是免除了很多不必要的、由小切深的试探加工所产生的不确定性。 由于切削刃未能正确参与到切削中，以及测量过程中需要停顿多次，因此生产效率低下、切削过程不稳定将会破坏孔的加工精度。这种加工方法将正确的切削次数降到最低， 适合于悬伸在3～4倍直径的内孔车削，其中刀具直径≥13 mm，适用于各种材料类型，可采用正常的或推荐的切削参数。 现在采用的方法是解决对加工带来负面影响的振动问题，与以前的方法截然不同。 尽管解决问题仍属于应用这些刀具的一部分，但我们的重点是提高生产效率、确保加工安全性以及质量一致性。 通过增加系统的刚性或通过采用减振刀具增加系统的减振量，从而改善系统的整体稳定性。 采用最坚固、最稳定的刀柄系统，例如符合ISO标准的可乐满 Capto接口，对“系统”各部分没有任何影响。机床的固有频率是“系统”的另一重要因素。为了实现全面的优化，可考虑改进单个机床的不同结构来增加整体稳定性。 带可乐满 Capto C10接口的大镗杆可用于孔径大于100 mm、悬伸达10倍直径的内孔车削，在高金属去除率下车削出高质量的孔。快换功能可以快速安装镗杆，准确度高。该镗杆主要用于平身车床，以及在大型车削中心上进行相对较大的孔的重载加工。(end)

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