如何提高長(cháng)刀具生產(chǎn)效率

發(fā)布時(shí)間：2021-06-25 大多數情況下，改善生產(chǎn)效率的重點(diǎn)是提高切削刃的能力。切削刃的切削能力得到提升后，可以持續改善生產(chǎn)效率。但是，由于不同零件的特點(diǎn)各異，那么刀具懸伸已成為加工中的重要影響因素之一，我們越來(lái)越關(guān)注切削刃切削...

　　大多數情況下，改善生產(chǎn)效率的重點(diǎn)是提高切削刃的能力。切削刃的切削能力得到提升后，可以持續改善生產(chǎn)效率。但是，由于不同零件的特點(diǎn)各異，那么刀具懸伸已成為加工中的重要影響因素之一，我們越來(lái)越關(guān)注切削刃切削震動(dòng)中的表現效果。有刀具懸伸即存在振動(dòng)傾向，但是，大多數情況下，這種問(wèn)題能夠通過(guò)極輕微的切削和刀具慢慢接近工件來(lái)避免，但是就會(huì )犧牲切削效率。如果刀具必須進(jìn)入孔或凹腔內，那么會(huì )產(chǎn)生撓曲力，這種力會(huì )導致振動(dòng)傾向。

　　長(cháng)懸伸刀具

　　當今的加工領(lǐng)域中，內孔車(chē)削、鏜削、切斷和切槽以及銑削工序均需要較長(cháng)刀具懸伸，并且越來(lái)越常用，在某些情況下，同一工件可能需要多種類(lèi)型的工序。迄今，很多長(cháng)懸伸應用的加工性能水平低下，僅僅達到零件可加工出來(lái)的最基本要求，那就是不要發(fā)生切削振動(dòng)，而無(wú)從談及生產(chǎn)效率。因為刀具發(fā)生振動(dòng)，容易導致加工安全性下降、零件質(zhì)量差，噪聲水平高、刀具壽命短，甚至加工出廢品。因此，往往只能運用低于切削刃能力的切削參數，從而增加了加工成本，生產(chǎn)時(shí)間也更長(cháng)。

　　在銑削工序中，由于斷續切削動(dòng)作，加工過(guò)程中一定會(huì )出現振動(dòng)傾向。由于使用長(cháng)懸伸刀具，越來(lái)越多的銑削工序具有振動(dòng)傾向。很多方法可一時(shí)避免誘發(fā)振動(dòng)傾向，例如采用正確的銑刀和刀具路徑。但是，當刀具懸伸（主軸端刀柄法蘭與刀刃之間的距離）超過(guò)接柄直徑的三倍時(shí)，如果要加工出滿(mǎn)足現有標準的產(chǎn)品，則需要采取其他措施。

　　隨著(zhù)對銑削時(shí)的刀具懸伸為四倍或以上的刀具直徑的需求日益增加，我們迫切渴望克服振動(dòng)的影響，因為振動(dòng)限制了生產(chǎn)效率。特別是，由于軸向切深和進(jìn)刀量不得不保持較低水平，所以金屬去除率一直未發(fā)揮出應有的水平。在很多情況下，無(wú)論是銑削還是內孔車(chē)削，必須采用長(cháng)懸伸刀具。例如，在多任務(wù)機床上，B軸主軸通常會(huì )妨礙刀具接近工件，因此必須使用懸伸較長(cháng)的刀具。

　　為了克服振動(dòng)傾向，我們需要用更多的高科技手段去制造減振刀柄，這有助于更好、更精確地將振幅減至最低。也就是說(shuō)，我們可以很準確地確定一個(gè)領(lǐng)域的振動(dòng)類(lèi)型和所需要的減振阻尼設定。在最新的研發(fā)工作中，我們在設計和應用減振技術(shù)時(shí)，結合了大量的專(zhuān)業(yè)技術(shù)手段和經(jīng)驗，使得在更高加工速率的情況下實(shí)現更平穩的金屬切削。

　　在加工期間，不可能完全消除振動(dòng)，但是，現在完全可將其降低至最低水平，而對加工過(guò)程無(wú)任何影響。采用先進(jìn)的模擬方法、設備和測量系統，結合對結構動(dòng)力學(xué)知識的深入理解，完全可以消除刀具上作用力的不利影響。該研發(fā)工作不僅實(shí)現了減振功能，并且能夠更加準確地找到具體刀具懸伸的函數性。

　　對于銑削工序，采用新的標準接柄不會(huì )因刀具懸伸而對加工性能產(chǎn)生影響。標準接柄可將兩種不同懸伸范圍的典型振幅降至最低。目前有兩種不同長(cháng)度的減振接柄，分別專(zhuān)用于懸伸達4～5倍接柄直徑以及6～7倍接柄直徑的銑削工序。訂制減振接柄可以使銑刀桿的懸伸更長(cháng)。（本文所稱(chēng)的刀具懸伸是指主軸端刀柄法蘭與刀刃之間的距離）這些接柄適用于銑削工作中較長(cháng)刀具懸伸的最常見(jiàn)的領(lǐng)域。 采用新系統可提高生產(chǎn)效率，大大縮短接柄的投資回報時(shí)間。

　　該銑削接柄可允許增加軸向切深和進(jìn)刀量。這可以大幅提升生產(chǎn)效率的潛力，為凹腔等超過(guò)加工范圍的零件特征帶來(lái)高效率銑削加工可能性，例如在使用直徑大于刀桿的槽面銑刀時(shí)。新產(chǎn)品的潛力可以延長(cháng)工具懸伸，或者在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)延長(cháng)刀具懸伸。

　　內孔車(chē)削

　　內孔車(chē)削會(huì )更廣泛涉及到刀具懸伸。很多零件的孔很深，對鏜桿懸伸的要求很?chē)栏瘢瑧疑旆秶鸀?倍-14倍鏜桿直徑。刀具的正確選型和應用對操作的結果起著(zhù)決定性的作用，因為內孔車(chē)削對振動(dòng)很敏感。 Silent Tools減振鏜桿的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減振機構盡量靠近切削刃布置，這種安裝方法能快速響應任何振動(dòng)傾向。

　　普通的鋼制鏜桿對四倍直徑的懸伸比較理想。整體硬質(zhì)合金鏜桿適用于六倍直徑的場(chǎng)合。對于較長(cháng)懸伸的領(lǐng)域，內孔車(chē)削需要采用減振鏜桿。鋼制減振鏜桿用于加工懸伸為10倍直徑的孔，增強型硬質(zhì)合金減振鏜桿用于14倍直徑的懸伸。通常切槽和螺紋切削采用較低的懸伸。另外，所有機床的機構自身的振動(dòng)特征都是不同的，即相同的切削加工因機床自身特性不同而在不同的頻率點(diǎn)上發(fā)生振動(dòng)。因此，重要的是開(kāi)發(fā)出能在盡量大的頻率區域內都能正常運行的減振標準刀具。

　　孔徑

　　在采取減振措施的過(guò)程中，使用的孔徑和鏜桿直徑變化很大。標準的工具系統的加工直徑為10～250毫米，而訂制刀具產(chǎn)品的覆蓋直徑更大。

　　內孔車(chē)削采用減振鏜桿的原因有三：保持小公差和出色的表面質(zhì)量、通過(guò)最少的走刀次數而使加工時(shí)間縮至最短，以及采用具有競爭力且經(jīng)濟的加工速率。此時(shí)生產(chǎn)效率和安全性最關(guān)鍵，因為很多零件的加工制造過(guò)程的競爭非常激烈。

　　現在，內孔車(chē)削時(shí)鏜桿和切削頭的組合使用對于加工獲益匪淺。對于孔徑小于20 mm的小直徑加工，有T形和D型兩種刀片類(lèi)型可以使用，可以?xún)?yōu)化手頭正在進(jìn)行的工序，例如，當公差極限范圍很小和進(jìn)行硬零件車(chē)削時(shí)。對于孔徑大于等于20 mm的場(chǎng)合，可采用可互換式切削頭，靈活性大、安全性高，刀具裝夾方便。

　　在內孔車(chē)削時(shí)，采用高壓冷卻技術(shù)非常重要。通過(guò)在切削刃后面加裝冷卻液噴嘴，可改善切屑控制和排出，目的是在機床上充分利用冷卻液設備。帶固定噴嘴的刀柄能夠確保冷卻液精確地噴射到切削區域，從而提高斷屑性能，并將斷屑排出孔外并傳輸至傳送帶。在車(chē)削中心上采用快換刀柄系統，此系統通常可以設計有高壓冷卻水供給噴嘴。方便使用高壓冷卻水將鐵屑吹離加工區域。這些裝置裝有內置式接頭和供液管，而在必須使用外接管道時(shí)，換刀時(shí)間就會(huì )很長(cháng)。采用優(yōu)化的切削單元，裝有預置的固定噴嘴，從而減少機床的裝配時(shí)間。

　　內孔車(chē)削時(shí)采用正確的方法可對加工性能、安全性和加工結果產(chǎn)生很大差別。例如，山特維克可樂(lè )滿(mǎn)的三次走刀法，其中編程的部分就包括編程直徑比所要求的直徑大。當需要花三十分鐘以上時(shí)間來(lái)反復加工以獲得小公差范圍的精加工時(shí)，通過(guò)山特維克可樂(lè )滿(mǎn)的內孔車(chē)削能夠在五分鐘以?xún)韧瓿桑瑑?yōu)勢特別明顯。 之所以能大大縮短加工時(shí)間的原因是免除了很多不必要的、由小切深的試探加工所產(chǎn)生的不確定性。

　　由于切削刃未能正確參與到切削中，以及測量過(guò)程中需要停頓多次，因此生產(chǎn)效率低下、切削過(guò)程不穩定將會(huì )破壞孔的加工精度。這種加工方法將正確的切削次數降到最低， 適合于懸伸在3～4倍直徑的內孔車(chē)削，其中刀具直徑≥13 mm，適用于各種材料類(lèi)型，可采用正常的或推薦的切削參數。

　　現在采用的方法是解決對加工帶來(lái)負面影響的振動(dòng)問(wèn)題，與以前的方法截然不同。 盡管解決問(wèn)題仍屬于應用這些刀具的一部分，但我們的重點(diǎn)是提高生產(chǎn)效率、確保加工安全性以及質(zhì)量一致性。

　　通過(guò)增加系統的剛性或通過(guò)采用減振刀具增加系統的減振量，從而改善系統的整體穩定性。 采用最堅固、最穩定的刀柄系統，例如符合ISO標準的可樂(lè )滿(mǎn) Capto接口，對“系統”各部分沒(méi)有任何影響。機床的固有頻率是“系統”的另一重要因素。為了實(shí)現全面的優(yōu)化，可考慮改進(jìn)單個(gè)機床的不同結構來(lái)增加整體穩定性。

　　帶可樂(lè )滿(mǎn) Capto C10接口的大鏜桿可用于孔徑大于100 mm、懸伸達10倍直徑的內孔車(chē)削，在高金屬去除率下車(chē)削出高質(zhì)量的孔。快換功能可以快速安裝鏜桿，準確度高。該鏜桿主要用于平身車(chē)床，以及在大型車(chē)削中心上進(jìn)行相對較大的孔的重載加工。