微小零件的精密加工呼唤微型刀具
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图1 在Tsugami BU-20 SY瑞士式9轴机床上(用ParkMaker CAD/CAM软件编程)加工的医用零件

图2 Emuge公司的硬质合金微型螺纹铣刀可用于铣削难加工材料
如今的工业产品正不断向尺寸和尺度微小化发展。越来越多的产品(如医疗和牙医设备、移动电话、笔记本电脑、航空航天和电子零部件等)的加工部要求切削刀具和工具系统更加小型化甚至微型化。
埃莫克公司(Emuge Corp.)总裁Peter Matysiak认为,为了满足瑞士式加工、高速铣削、螺纹铣削及攻丝等的加工需要,对微细化加化和开发微小型刀具的需求正在与日俱增。
埃莫克公司最近推出的产品也清楚地表明,螺纹铣削工艺的应用正在增长。Matysiak指出,“现代机床技术的进步使螺纹铣削在多种应用领域(如医疗、航空航天、国防和计算机工业)成为一种重要的孔加工方法。现在的CNC机床或者是桌面型的小型机床,或者是装有精密主轴和可夹持这些微小型刀具的刀柄的较大机床,其主轴转速可达到60000r/min或更高。”
埃莫克公司为加工难加工材料(如不锈钢、钛合金、K-Monel铜镍合金、Hastelloy镍基合金、Inconel铬镍铁合金等)新开发了整体硬质合金微型螺纹铣刀系列,从而消除了丝锥破损的可能性及其后果,并在加工完整孔底螺纹时不再需要采用手动攻丝,可加工出一扣以内的孔底螺纹。
微型螺纹铣刀可用于通孔和盲孔的螺纹铣制,可获得极好的螺纹表面质量和尺寸精度。Matysiak说,“为了能成功地攻丝或铣制螺纹,各种刀具要联手进行加工,因此刀柄必须具有特别高的精度,这一点非常重要。因此,我们不会只生产一种刀具而不生产能正确夹持该刀具的刀柄。”
“由于微细加工的微小尺度,加上生产效率与刀具投资高回报的双重要求,通常选用整体硬质合金而不是高速钢作为刀具材料,”山高Tesco公司(Seco Tesco.)总裁Rob Keenan解释说,“刀具的几何结构、涂层和基体材料是决定用于特定加工的正确刀具的三个要素。”
为了优化刀具的加工效率,加工每一种工件材料都要求硬质合金刀具材料的成分有所变化。Seco Jabro迷你系列立铣刀近来在涂层、硬质合金牌号和切削几何参数设计等方面的拓展,使刀具更适合加工较硬的材料(如淬硬钢、钦合金) 、较软的材料(如铝合金、铜合金)和高磨蚀材料(如石墨)。这些新型刀具的直径可小至0.1mm。

图3 Seco刀具公司用干微细加工的整体硬质合金微型立铣刀
两种新型Seco Jabro迷你系列整体硬质合金立铣刀的直径范围为0.1~2.0mm,分别采用了球头结构和牛鼻结构。JM100系列是专为加工硬度为65HRC的工具钢而设计的;而JM400系列则专门用于加工铝合金和铜合金。Seco Jabro迷你系列与全系列硬质合金立铣刀互为补充,可为诸如模具、医用零件、航空航天、通用机械等行业的各种加工提供更高的加工效率。
在小尺寸模具加工中,高精度的刀具是加工出具有精密尺寸公差和良好表面质量的小型模具的关键因素。山高刀具公司(Seco Tools Inc.)旋转刀具产品经理Jay Verellen解释说,“虽然刀具尺寸很小,但在某种程度上其尺寸比例又很夸张:你使用的刀具直径可能只有2mm,但长度却可能达到30mm,其长径比高达15:1。试想一下,在加工汽车零件时,你可能会使用一把直径为50mm的刀具,但很少人能想象使用一把直径50mm但长达750mm的刀具进行加工。”
随着越来越多的制造商认识到瑞士式CNC车削在加工精密工程零部件时的通用性,该工艺的重要性 不断提高。从各方面来看,瑞士式CNC加工的复杂程度都不逊于多任务复合加工,由于工件尺寸小的缘 故,甚至可能更为复杂。
用棒料(通常直径可到32mm)加工零件时,棒料向前移动通过滑动刀架,几把刀具在主轴上(经常也在后轴上)同时进行加工。编程工作仍然很复杂,但许多CAD/CAM软件公司(如Delcam的子公司PartMaker公司)已开发了加工软件,使瑞士式加工的应用变得较为容易。
山特维克可乐满公司(Sandvik Coromant Co.)的John Dotday介绍说,“这些瑞士式机床有10~15根轴,可以加工出矩形、圆形或你能想象出的任意形状的工件。”
Dotday解释说,“这些多任务加工机床采用了滑动式前顶尖,与其他机床的刀塔沿Z轴运动不同,它是由棒料沿Z轴方向移动,通过棒料向外进给与刀塔向内运动相结合来实现切削。其结果是,由于切削在导套附近进行(刀具距导套仅有1~2mm),因此加工刚性极好。由于刀具和工件材料都有较高的刚性,因此可以采用较大的切削深度,并加工出没有振痕、表面质量极佳的零件。”
Dotday说,“外圆车削加工采用正角度刀片。一年前我们推出的CCET、DCET和VCET系列刀片具有极其锋利的切削刃线,能够进行大切深车削,而这正是瑞士式<
本文作者:胡红兵(编译)
原载:《工具展望》2008年第2期
上载于:2009-6-17 12:05:51

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