如何提高長刀具生產(chǎn)效率

發(fā)布時間：2021-06-25 大多數(shù)情況下，改善生產(chǎn)效率的重點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(xù)改善生產(chǎn)效率。但是，由于不同零件的特點各異，那么刀具懸伸已成為加工中的重要影響因素之一，我們越來越關(guān)注切削刃切削...

　　大多數(shù)情況下，改善生產(chǎn)效率的重點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(xù)改善生產(chǎn)效率。但是，由于不同零件的特點各異，那么刀具懸伸已成為加工中的重要影響因素之一，我們越來越關(guān)注切削刃切削震動中的表現(xiàn)效果。有刀具懸伸即存在振動傾向，但是，大多數(shù)情況下，這種問題能夠通過極輕微的切削和刀具慢慢接近工件來避免，但是就會犧牲切削效率。如果刀具必須進入孔或凹腔內(nèi)，那么會產(chǎn)生撓曲力，這種力會導(dǎo)致振動傾向。

　　長懸伸刀具

　　當(dāng)今的加工領(lǐng)域中，內(nèi)孔車削、鏜削、切斷和切槽以及銑削工序均需要較長刀具懸伸，并且越來越常用，在某些情況下，同一工件可能需要多種類型的工序。迄今，很多長懸伸應(yīng)用的加工性能水平低下，僅僅達到零件可加工出來的最基本要求，那就是不要發(fā)生切削振動，而無從談及生產(chǎn)效率。因為刀具發(fā)生振動，容易導(dǎo)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(shù)，從而增加了加工成本，生產(chǎn)時間也更長。

　　在銑削工序中，由于斷續(xù)切削動作，加工過程中一定會出現(xiàn)振動傾向。由于使用長懸伸刀具，越來越多的銑削工序具有振動傾向。很多方法可一時避免誘發(fā)振動傾向，例如采用正確的銑刀和刀具路徑。但是，當(dāng)?shù)毒邞疑欤ㄖ鬏S端刀柄法蘭與刀刃之間的距離）超過接柄直徑的三倍時，如果要加工出滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，則需要采取其他措施。

　　隨著對銑削時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的影響，因為振動限制了生產(chǎn)效率。特別是，由于軸向切深和進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(yīng)有的水平。在很多情況下，無論是銑削還是內(nèi)孔車削，必須采用長懸伸刀具。例如，在多任務(wù)機床上，B軸主軸通常會妨礙刀具接近工件，因此必須使用懸伸較長的刀具。

　　為了克服振動傾向，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，我們可以很準(zhǔn)確地確定一個領(lǐng)域的振動類型和所需要的減振阻尼設(shè)定。在最新的研發(fā)工作中，我們在設(shè)計和應(yīng)用減振技術(shù)時，結(jié)合了大量的專業(yè)技術(shù)手段和經(jīng)驗，使得在更高加工速率的情況下實現(xiàn)更平穩(wěn)的金屬切削。

　　在加工期間，不可能完全消除振動，但是，現(xiàn)在完全可將其降低至最低水平，而對加工過程無任何影響。采用先進的模擬方法、設(shè)備和測量系統(tǒng)，結(jié)合對結(jié)構(gòu)動力學(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)工作不僅實現(xiàn)了減振功能，并且能夠更加準(zhǔn)確地找到具體刀具懸伸的函數(shù)性。

　　對于銑削工序，采用新的標(biāo)準(zhǔn)接柄不會因刀具懸伸而對加工性能產(chǎn)生影響。標(biāo)準(zhǔn)接柄可將兩種不同懸伸范圍的典型振幅降至最低。目前有兩種不同長度的減振接柄，分別專用于懸伸達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。（本文所稱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刀具懸伸的最常見的領(lǐng)域。 采用新系統(tǒng)可提高生產(chǎn)效率，大大縮短接柄的投資回報時間。

　　該銑削接柄可允許增加軸向切深和進刀量。這可以大幅提升生產(chǎn)效率的潛力，為凹腔等超過加工范圍的零件特征帶來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。新產(chǎn)品的潛力可以延長工具懸伸，或者在提高生產(chǎn)效率的同時延長刀具懸伸。

　　內(nèi)孔車削

　　內(nèi)孔車削會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嚴(yán)格，懸伸范圍為4倍-14倍鏜桿直徑。刀具的正確選型和應(yīng)用對操作的結(jié)果起著決定性的作用，因為內(nèi)孔車削對振動很敏感。 Silent Tools減振鏜桿的一個優(yōu)點是減振機構(gòu)盡量靠近切削刃布置，這種安裝方法能快速響應(yīng)任何振動傾向。

　　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合。對于較長懸伸的領(lǐng)域，內(nèi)孔車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(gòu)自身的振動特征都是不同的，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上發(fā)生振動。因此，重要的是開發(fā)出能在盡量大的頻率區(qū)域內(nèi)都能正常運行的減振標(biāo)準(zhǔn)刀具。

　　孔徑

　　在采取減振措施的過程中，使用的孔徑和鏜桿直徑變化很大。標(biāo)準(zhǔn)的工具系統(tǒng)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(nèi)孔車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、通過最少的走刀次數(shù)而使加工時間縮至最短，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程的競爭非常激烈。

　　現(xiàn)在，內(nèi)孔車削時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型兩種刀片類型可以使用，可以優(yōu)化手頭正在進行的工序，例如，當(dāng)公差極限范圍很小和進行硬零件車削時。對于孔徑大于等于20 mm的場合，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(nèi)孔車削時，采用高壓冷卻技術(shù)非常重要。通過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(shè)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(qū)域，從而提高斷屑性能，并將斷屑排出孔外并傳輸至傳送帶。在車削中心上采用快換刀柄系統(tǒng)，此系統(tǒng)通常可以設(shè)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(qū)域。這些裝置裝有內(nèi)置式接頭和供液管，而在必須使用外接管道時，換刀時間就會很長。采用優(yōu)化的切削單元，裝有預(yù)置的固定噴嘴，從而減少機床的裝配時間。

　　內(nèi)孔車削時采用正確的方法可對加工性能、安全性和加工結(jié)果產(chǎn)生很大差別。例如，山特維克可樂滿的三次走刀法，其中編程的部分就包括編程直徑比所要求的直徑大。當(dāng)需要花三十分鐘以上時間來反復(fù)加工以獲得小公差范圍的精加工時，通過山特維克可樂滿的內(nèi)孔車削能夠在五分鐘以內(nèi)完成，優(yōu)勢特別明顯。 之所以能大大縮短加工時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，以及測量過程中需要停頓多次，因此生產(chǎn)效率低下、切削過程不穩(wěn)定將會破壞孔的加工精度。這種加工方法將正確的切削次數(shù)降到最低， 適合于懸伸在3～4倍直徑的內(nèi)孔車削，其中刀具直徑≥13 mm，適用于各種材料類型，可采用正常的或推薦的切削參數(shù)。

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

　　通過增加系統(tǒng)的剛性或通過采用減振刀具增加系統(tǒng)的減振量，從而改善系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。 采用最堅固、最穩(wěn)定的刀柄系統(tǒng)，例如符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的可樂滿 Capto接口，對“系統(tǒng)”各部分沒有任何影響。機床的固有頻率是“系統(tǒng)”的另一重要因素。為了實現(xiàn)全面的優(yōu)化，可考慮改進單個機床的不同結(jié)構(gòu)來增加整體穩(wěn)定性。

　　帶可樂滿 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(nèi)孔車削，在高金屬去除率下車削出高質(zhì)量的孔?？鞊Q功能可以快速安裝鏜桿，準(zhǔn)確度高。該鏜桿主要用于平身車床，以及在大型車削中心上進行相對較大的孔的重載加工。