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山特維克可樂滿:獨特的高精度徑向側銑

關鍵詞 徑向側銑|2010-02-04 00:00:00|來源 山特維克可樂滿
摘要 現(xiàn)代數(shù)控機床的銑削加工可確保更高的零件表面質量,同時減少加工工序,從而可實現(xiàn)更高效的加工。盡管有的機床會受功率和扭矩的限制,但在應用較高的主軸轉速后,絕大部分工序的走刀路徑規(guī)劃仍然...

  現(xiàn)代數(shù)控機床的銑削加工可確保更高的零件表面質量,同時減少加工工序,從而可實現(xiàn)更高效的加工。盡管有的機床會受功率和扭矩的限制,但在應用較高的主軸轉速后,絕大部分工序的走刀路徑規(guī)劃仍然可以實現(xiàn)。得益于新刀具的開發(fā)和薄切屑理論的充分運用,所謂“精加工”的應用范圍不斷擴展。
  不斷增長的需求
  經過多年的發(fā)展,平面精銑已獲得了廣泛的應用,同時Wiper(修光刃)刀片在零件表面加工的使用已經達到很高的標準。隨著零件結構越來越復雜,各種設計特征不斷增加,如何對它們進行高效精加工的需求也日益增長。 這些特征中的高精度和高表面質量臺階、邊緣、孔、凸臺和成形面等的應用日益增加。當然,在大批量生產中,這些特征的切削加工通常可由性能優(yōu)異的專用刀具來完成; 但是,對于小批量加工,通常只能使用通用的標準刀具,日益增加的競爭壓力要求提高切削性能,因而選擇正確的刀具類型、加工方法和切削參數(shù)就顯得尤其重要。
  對于以上這些應用場合,使用圓柱銑刀進行徑向側銑是最具優(yōu)勢的解決方案。但是,迄今為止,無論從加工方法還是刀具選擇來說,可轉位刀具的加工精度和表面質量還是無法與精磨的整體硬質合金立銑刀相比。 因此,在公差和表面Ra值要求很嚴時,如要使用可轉位刀具,則必須有后續(xù)的精加工工序。 直角面銑是切削高度不大的臺階面的最佳方案。但是,由于刀具設計上的原因,在加工其它零件結構特征時,直角面銑不能滿足高精度和高表面質量的加工要求。
  新的獨特精加工能力
  銑削刀具的不斷發(fā)展,使高質量徑向側銑一系列零件特征成為可能。
  CoroMill 790可轉位直角銑刀已是非常成熟的高性能刀具,它原來是為有色金屬的高速加工(例如飛機和模具零件的型腔)而開發(fā)的。這種刀具具有較長的切削刃,它主要是為鋁合金零件的直角側面的重復走刀和插補銑而特別開發(fā)的。該刀具能完成許多類型的銑削工序,效率極高,加工精度優(yōu)異而且非常安全可靠。經過進一步的發(fā)展,如今的CM790刀具已能加工鋼、不銹鋼、鑄鐵和超級合金。
  要想成功地使用可轉位銑刀進行高性能徑向精銑,該銑刀必須具備以下條件:①可轉位刀片的安裝定位要非常精確和安全可靠;②剛度很好的刀體,能保持高精度;③長而精確的徑向切削刃;④輕快的切削;⑤在小的切屑厚度下也能很好工作的的鋒利切削刃;⑥插補銑削的能力;⑦排屑順暢。⑧高標準的直角精銑
  這是 CoroMill 790銑刀的獨特能力。使用標準的可轉位銑刀就能獲得非常高的加工精度。這種新型刀片有兩個規(guī)格,其主切削刃尺寸分別可提供18和12mm的最大軸向切削深度。生成銑削表面的徑向切削刃采用了Wiper (修光刃)銑刀片設計技術, 這與新一代直角銑刀CoroMill 490類似。由多段曲線構成的切削刃提供了良好的表面質量,并且能夠對在加工期間刀具的徑向讓刀提供補償,消除了哪怕最小的接刀誤差。因此,這也使CoroMill 790在某些場合成為精鏜的理想替代選擇。
  一般來說,可轉位刀片在刀體上的定位和夾持對加工性能和結果來說至關重要。 CoroMill 790刀片與刀體由一個齒形接口連接,定位非常準確,并防止了刀片出現(xiàn)任何的細微移動。刀片與刀片座的側壁是不接觸的,來自各個方向的切削力和高轉速下受到的離心力都由該接口承受。開放式定位使切屑能流暢地排出。齒形接口的精度確保了切削刃在刀具中處于正確的位置,并使由刀片誤差引起的刀具的徑向跳動最小。
  輕切削作用
  CoroMill 790 的輕快的切削作用是它的另一個成功因素。與最初的為有色金屬切削的設計相似,新的用于ISO P、M、K和 N類材料的刀片也有一個正前角槽形,這使它切削功率消耗低,金屬去除率高。 加工黑色金屬的 790刀片足夠鋒利,能在徑向切削深度(銑削寬度)很小(此時的切屑厚度很小)時正常切削,這樣產生的徑向力很小,當然刀具的偏斜也就最小,這是高精度切削(特別是錐度和良好的表面質量)所必需的。
  通過新型PVD涂層牌號GC1030的使用,可實現(xiàn)正前角、鋒利切削刃和強度、耐用性的完美結合。這種刀片牌號特別適合立銑加工,它具有小直徑刀具或不穩(wěn)定工況下所需的刀片耐磨性和刃口強度。該牌號的通用性使其非常適合用于CoroMill 790來切削更難加工的黑色金屬材料。
  精加工能力
  CoroMill 790鋒利的切削刃能夠成功去除低至0.01 mm的加工余量。這在精加工孔時非常有用,而此時,傳統(tǒng)的鏜刀會由于切削刃吃刀不足而不能工作。CoroMill 790刀具可獲得很高的圓度,典型應用可保證圓度公差帶在6微米范圍之內。 應該指出,此時孔的圓度很大程度是由機床性能決定的。
  采用CoroMill 790進行銑削時的徑向切削深度通常小于1mm。對于精加工而言,適用的深度范圍介于0.25至0.5mm之間。 一般情況下,加工精度穩(wěn)定達到IT8是毫無問題;若整個工藝系統(tǒng)狀況良好,則加工精度可達IT7;若整個工藝系統(tǒng)狀況達到最佳并對加工參數(shù)進一步優(yōu)化,加工精度也可達IT6。如果系統(tǒng)剛性足夠,使用CoroMill 790刀具進行銑削時的表面粗糙度可保持在Ra 0.25微米之內。
  生產效率如何?
  早些時候,CoroMill 790直角銑刀先進的的基本概念使其成為實現(xiàn)鋁合金高精度和高效加工的不二選擇。現(xiàn)在,新的可轉位刀片槽形和涂層牌號的不斷發(fā)展使其可以對付其它的工件材料。當只需要粗加工和半精加工時, CoroMill 490和 CoroMill 390的組合能夠完成很多應用場合的加工。特別是在有多種加工應用的混合生產中,通用銑刀的使用可以充分發(fā)揮現(xiàn)代數(shù)控機床在能夠加工臺階面、側面、各種輪廓、凸臺和孔等各種不同特征的優(yōu)勢。使用螺旋插補銑或圓弧插補銑減少了對不同直徑鏜刀的需求。
  外圓凸臺的精加工切削被稱為“外圓鏜削”,通常需要使用昂貴的非標解決方案,除非使用整體硬質合金銑刀。但是,整體硬質合金立銑刀因其直接磨削而成的長切削刃不僅需要特別穩(wěn)定和準確的裝夾,也不具備Wiper刀片多段曲線切削刃的靈活性。因此,整體硬質合金刀具更適用可轉位刀具不能覆蓋的較小的圓。
  工作臺進給
  臺面進給量的單位是米/每分,是銑削工序的生產效率的指標。它是刀具的齒數(shù)、主軸轉速和每齒進給量的乘積。提高這個等式中的任何項的值,都可以提高生產效率。 因此,可從兩個方面提高CoroMill 790的生產效率--主軸轉速和每齒進給量(刀具上能應用的齒數(shù)在很大程度上受到機床的功率和穩(wěn)定性的限制)。
  CoroMill 790原是設計來在高速條件下快速銑削鋁合金。 作為徑向切削刀具,它可充分利用切寬因子的效應。切寬因子是徑向切削深度(銑削寬度)和刀具直徑之間的關系。 對于精加工刀具,在每齒進給方面,這個因子起到關鍵的作用:切寬因子越小,修正后的每齒進給量就的越大。
  切屑可以很薄
  徑向側銑中的關鍵值是最大切屑厚度,它決定了切削刃上的負荷。在刀具切入工件的量小于銑刀半徑時,就會發(fā)生如下效應:最大切屑厚度沿著刀具徑向切削深度的弧度逐漸減小,而很明顯,最大切屑厚度與刀具的每齒最大進給量有關。這就提供了提高每齒進給量,從而充分利用切削刃的能力的機會--如果不這樣做,切削刃工作時就不能充分發(fā)揮其設計潛力。實際上,每齒進給量可以根據(jù)刀具切寬因子以及所需的表面光潔度來進行調整。
  在徑向側銑中,切寬因子通常相當小,這實際上提供了調整每齒進給的可能性,調整后將會可觀地提高每齒進給量,并由此提高生產效率--參見以下實例。
  高潛力
  假設切寬因子(ae/Dc)為5%(例如50mm直徑的刀具使用2.5 mm的徑向切削深度),此處刀具適用的最大切屑厚度值是0.2 mm(hex)。推薦用于此刀具的最大切屑厚度的修正值將為2.3。 其結果是,每齒進給量不是設置為最大切屑厚度值0.2 mm,而是最大切屑厚度值應乘以修正值2.3(0.2 x 2.3),從而每齒進給量應增大到0.46 mm。 這就是說,如果不考慮這個關系,就會損失相當大的每齒進給量潛力,相應帶來臺面進給和切削時間的損失。
  但是,在精銑時中可能不能充分地利用這個潛力,因為較高的每齒進給量可能會留下不符合表面質量要求的進給印記。 那么換一種方法,可以用更高的切削速度(相應地縮短了切削時間)來提高生產效率。另外, PVD涂層刀片的鋒利切削刃能夠切下較薄的切屑從而可獲得更好的表面質量。為了在徑向精加工銑削中獲得優(yōu)異的表面質量,推薦的每齒進給量的范圍為0.1~0.2mm。
  可以這樣說,薄切屑是高效徑向側銑的成功因素之一--所采用的高進給率是安全的。 不過很明顯,只有在使用正確的刀片槽形和牌號、保證絕對安全和精確的刀片定位以及必要的銑刀精度和穩(wěn)定性后,才能做到這點并達到零件精度和表面質量的要求。
 

 

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