更新刀具观念
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图1 Millshred铣刀的刀片和刀夹都采用了锯齿形设计,使刀具产生的切屑较小,易于从切削区排出

图2 Iscar的Heliplus系列刀具在刀体上涂覆了HardTouchCoating涂层,可延长刀体寿命,并有助于从切削区排屑

图3 由一组HSK工具夹头和工具转接头组成的多功能刀具非常适合在刀库或刀塔空位有限的多任务机床上使用。多功能刀具还能减少换刀及与此相关的加工辅助时间

图4 Ballplus铣削系统由一组圆柱形和圆锥形的模块化刀柄和5种不同的铣刀片组成,可在工具夹头仍被夹持在机床上时对铣削头进行更换和转位

图5 Heliturn型车刀片采用了双面螺旋切削刃,并被工具夹头切向夹紧。这种刀片设计的切削力较小,在切深8mm的传统车削和切深3.2mm的表面车削加工中,能以1.2mm/r的进给率进行加工

图6 Feedmill立铣刀采用了三角形正角刀片以获得大圆弧切削刃。这种结构设计的切削稳定性好,能提高切削速度,进给率可以达到每齿3.5mm

图9 Jet-Cut切断刀的内冷却通道设计有助于消除积屑瘤,冷却液被直接施加于切削区冷却切削热,同时在刀具内部流动的冷却液可对刀片本身实施冷却
随着现代金属切削技术的不断发展,对切削刀具的认识也在不断深化。专家建议业内人士更新有关切削刀具的观念,在开发和使用刀具时应正确掌握以下一些原则。

成本的计算

一般来说,刀具成本只占金属切削加工总成本的3%。因此,缩减刀具本身的成本对于节省加工总成本的作用并不大。而通过采用先进刀具(虽然刀具成本可能有所增加)却可以大幅度降低加工的总成本。因此,应该将降低“每件加工成本”而不是“刀具成本”作为首要目标加以关注。

刀具是一个系统

在IT部门工作的每一个人都知道,一个成功的计算机系统是硬件与软件的正确组合,硬件和软件的同步更新十分重要。对于切削刀具也应采取相同的思维方式:刀体和刀具夹头是“硬件”,可转位刀片是“软件”。因此,在对刀片技术进行升级更新时,必须同时考虑改进刀体和刀具夹头。反之亦然。(图1)

不仅是刀片才需要涂层

高技术涂层可显著改善硬质合金刀片的性能,而刀体同样也能通过涂层而获益。在刀体上涂覆硬涂层可以防止与高速运动的高热切屑接触而造成的刀体磨损,并且由于涂层后刀体表面的润滑性增强,可使切屑在容屑槽内流动更为顺畅。(图2)

为多任务机床开发多功能刀具

多任务加工机床的发展对生产率的提高产生了前所未有的重大影响。但是,机床上主轴、刀塔和旋转轴的增多也缩小和限制了刀具配置的空间和数量。为了适应这种变化,可以在一个工具夹头上配备几种多功能刀片,无需换刀即可完成表面车削、内径车削、外径车削、钻孔、钻阶梯孔、内螺纹加工等多种加工。创新性地应用各种专门设计的多功能刀具,可以为充分发挥多任务机床的加工柔性起到巨大作用。(图3)

模块化刀柄有利于精益生产

为了将刀具品种规格的数量保持在一个易于管理的水平上,应考虑采用能适配各种具有互换性的整体硬质合金切削头的模块化刀柄。由于这种刀柄夹持在机床上时仍能方便地更换或互换切削头,因此可以缩短装刀时间。一套模块化长刀柄可使刀具能到达较深的凹槽或模具型腔的底部进行加工,与使用能覆盖相同加工范围的整体硬质合金刀具相比,具有更好的加工经济性。模块化钢质刀柄的另一个优势是能够较好地吸收冲击力(如车刀与车床主轴不同心引起的冲击力),而硬质合金刀柄在这种情况下更容易损坏。(图4)

不可忽视功率消耗

刀具制造商正在努力开发能够降低机床功率消耗的刀具产品。对机床功率需求较小的刀具除了可以节约能源以外(这一点如今比过去显得尤为重要),通常其使用寿命更长,对机床主轴和导轨造成的磨损和拉伤更轻,此外引起的振动也更小。一个很好的实例就是所需扭矩较小的镗刀允许使用较长的镗杆而不会损失加工精度。
如果在讨论任何新型刀具时没有提到功率消耗的问题,那将是一个极大的疏忽。刀具切削力减小10%很可能会使刀具寿命提高50%。(图5)

保证正确的夹持力

在刀片转位后固紧夹持螺钉时,需要准确测量所施加的扭矩值,而不能仅凭猜测草率从事。夹持力不足可能引起刀片振颤或难以保持要求的加工精度;夹持力过大则可能造成刀片或刀槽发生碎裂。为了消除施加夹持力的不确定性,最简单的方法就是采用扭矩扳手来固紧螺钉,这种扳手在夹持力达到设定水平值可自动显示信号。

升级CAM编程软件

CNC数控加工编程并不只是给出正确的切削速度和进给率,刀具加工轨迹也必须与刀具的加工能力相互匹配。
但并不是所有的CAM软件都可以实现能优化先进刀具切削性能的运动编程,因此,必须确定你所使用的编程软件不会拖你的后腿。目前,编程软件的开发显得有些滞后于刀具的发展。

减小或消除振动

在房地产行业,确定一所房子或一块地产商业价值的最重要因素是“位置”。而对于刀具的成功应用,最重要的决定因素则是“振动”。通常,减小或消除振动的关键在于切削力的控制,以使其成为加工系统中最稳定、最刚性的要素。因此,对于提出的每一个改变刀具配置的加工方案,都必须验证其振动控制方法,这对于延长刀具寿命、保护机床主轴和改善加工表面光洁度非常关键。(图6)

充分利用“可转位”的价值

应充分利用硬质合金刀片可转位切削刃原创概念的全部价值,开发可提供多切削刃最大效益的刀具型号,确保所有切削刃都能真正发挥切削作用。某些刀夹(如一些可转位铣刀刀体)不能对每一个切削刃都提供保护,从而会使一个或多个刀片切削刃失效。(图7)

采用组合加工方式

将多个加工过程合而为一可以提高加工效率、降低加工成本,而且能缩短或省略以前各个分离加工过程所需的加工时间及换刀时间。此外,由于加工所需的刀具数量减少,还可以降低刀具费用。(图8)

使冷却液效益最大化

冷却液的使用效率常常会决定加工任务的成败,在孔加工中尤其如此。对于可供冷却液的钻头而言,将冷却液输送至切削刃只完成了任务的“一半”,而任务的“另一半”则是如何有效地将切屑排出孔外,这就意味着必须同等地考虑冷却液的流动和切屑的流动。
通过刀片内部输送冷却液是另一种可供选择的冷却策略,甚至对于一些看来似乎不太可能的加工刀具(如切断刀)也同样可以考虑采用这种冷却方式。(图9)

图7 刀具制造商已开发出具有多达8个有效切削刃的可转位刀片。如Heliocto铣刀有8个切削刃,并能夹持2种不同型号刀片。该刀具可用于表面铣削、斜面铣削、深肩铣削、凹腔铣削、模具铣削以及其它各种铣削加工

图8 Finishred铣刀的双重设计可将2种不同的加工过程合二为一。该刀具有2个锯齿容屑槽和2个连续容屑槽,能“一次过”完成工件的粗加工和精加工
本文作者:张宪(编译)
原载:《工具展望》2007年第1期
上载于:2007-11-28 10:22:52

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