立式加工中心上實行高速加工的方法
發(fā)布日期：2011-11-25 蘭生客服中心 瀏覽：2148
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從羅伯遜電加工(Robertson EDM)公司名稱本身就可以清楚地意識到，改公司并不是以加工中心起家的專業(yè)化加工車間。這個車間設(shè)立在俄亥俄州的Edgerton市，擁有4臺EDM線切割機床和1臺EDM模具加工機床，但目前只有1臺CNC加工中心——這是該車間購置的一臺馬扎克(Mazak)VTC-16B立式加工中心，性能十分可靠。 然而，隨著車間的持續(xù)成功和業(yè)務(wù)量的不斷提升，其工作的范圍和工作的機遇也隨之不斷擴大。例如，為了承接大直徑工件的車削加工業(yè)務(wù)，該車間最近追加投資，從Absolute機床公司購置了一臺喬福(Johnford)ST-40A型斜床身車削加工中心，床身上的回轉(zhuǎn)直徑為 787mm(31in)。目前，該加工中心的工作量正在不斷加大，為了迎接新的挑戰(zhàn)，加工車間在VMC這類立式加工中心上實行了高速加工的方法。 “ 高速加工”這個術(shù)語，特別是在鋼材加工應(yīng)用領(lǐng)域，往往是針對在主軸上高速運轉(zhuǎn)及切削深度較淺的高速進給小刀具而言的。盡管其切削深度較淺，但采用這一加工方法時，走刀速度很快，可以獲得非常高的金屬切削率。如果采用球端立銑刀，走刀速度甚至還可以進一步提高，盡管球端立銑刀的切削深度較淺，但卻具有使軸向切屑變薄的優(yōu)勢。由于具有這樣的效果，因此其切屑厚度要比每齒的前進量更小。這意味著每齒的前進速度可以進一步提高，每分鐘幾英寸的線性進給速度也可相應(yīng)提高，甚至超越高速主軸已經(jīng)允許的范圍。 這就是高速切削加工。但恰恰相反，羅伯遜電加工公司的機床既沒有特別高的主軸速度，也沒有復(fù)雜的3D銑削加工工作可以從小直徑球端刀具中獲取效益。對于這一加工車間而言，在高速加工中，為提高進給速度而使切屑減薄的做法仍然是一種真正有價值的想法。為了提高其自身的金屬切削速度，該車間采用了由伊斯卡(Iscar)公司設(shè)計提供的刀具，達到了使切屑減薄的目的。這種可轉(zhuǎn)位刀片被稱為“進給式銑刀”，其外形具有曲面的特點，它使切屑變薄成為可能。換句話說，切屑減薄不一定非要采用球端立銑刀或小直徑刀具。至少這一方面的高速加工可以在中等速度的機床上應(yīng)用，以達到比較標準的粗加工目的。
圖2 傳動箱蓋是采用高速進給刀具加工的另一零件。這一加工零件之前也曾經(jīng)提到過
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切屑減薄工藝的實際應(yīng)用
Jeffrey Robertson先生是該車間的主要合作伙伴之一。伊斯卡公司負責(zé)當?shù)貦C床銷售和應(yīng)用的代表是Greg Mallett先生。Mallet先生與羅伯遜先生同時看到了軸向切屑減薄可轉(zhuǎn)位刀片的應(yīng)用機遇，并共同為新車削加工中心所使用的刀具進行了策劃。羅伯遜電加工公司用冷軋鋼材料粗加工了一個夾具零件，該車間加工這一零件的方法為前后比較提供了一個良好的基礎(chǔ)。由于這一零件太大，加工中心的行程不夠，因此車間只好采用部分加工的方法來加工這一零件。 當該零件的前半部分采用19.05mm(0.75 in)半徑的可轉(zhuǎn)位刀片刀具加工以后，車間同意采用可使切屑減薄的19.05mm半徑可轉(zhuǎn)位刀片刀具加工零件的另一半。帶有后者可轉(zhuǎn)位刀片的刀具利用一個齒，而不是兩個齒進行切削加工，但還是采用較淺的切削深度。然而，由于切屑減薄，獲得了較高的進給速度，因此生產(chǎn)率提高。刀具的使用壽命也有所提高。 可轉(zhuǎn)位刀片的曲面從2.7mm(0.106 in)半徑開始，然后過渡到12.7mm(0.5 in)半徑。由這一曲面形成的切削深度較淺，可以讓每一齒的前進速度提高，因為切屑厚度要比每個齒的前進量更少，而不是相等。
這個零件的尺寸相對于工作區(qū)而言稍微超過了一點，加工時采用兩種不同類型的可轉(zhuǎn)位立銑刀，分兩次裝夾調(diào)試。車間采用了可使切屑變薄的可轉(zhuǎn)位刀片后，獲得了兩種不同的切削性能，具體情況見本表。
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利用切屑減薄優(yōu)勢的可轉(zhuǎn)位銑刀 |
車間以前使用可轉(zhuǎn)位粗加工立銑刀 |
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刀具直徑(mm) |
19.05 |
19.05 |
齒數(shù) |
1 |
2 |
冷卻介質(zhì) |
空氣 |
空氣 |
轉(zhuǎn)速(r/min) |
3000 |
2000 |
切削深度(mm) |
1.02 |
1.27 |
切削寬度(mm) |
12.7 |
12.7 |
進給量(mm/z) |
1.02 |
0.22 |
進給速度(mm/min) |
3048 |
889 |
刀具壽命(件數(shù)/刃) |
20 |
15 |
切削時間(s) |
584 |
977 |
Mallett 先生說，刀具壽命的延長也應(yīng)歸功于刀具的這一曲面。他說，羅伯遜電加工公司之所以能夠提高刀具使用壽命主要在于其切削加工比較穩(wěn)定。在使用球端立銑刀的情況下，材料只與刀具全半徑以下一個點的刀具曲面接觸，它所產(chǎn)生的切削力不完全是橫向推力，而是一個面向球端中心點的向上推力。換句話說，只有一部分切削力是沿著X軸和Y軸的方向運動。其他的切削力則是向著Z軸方向，即主軸的方向運動，三軸中，主軸的剛性最好。由于沿著刀具一側(cè)方向上所受的力相對比較小，因此刀具發(fā)生偏置的機會也要少得多，故而切削也更加穩(wěn)定。 實際上，車間內(nèi)加工中心的生產(chǎn)能力已經(jīng)有了很大的提高。現(xiàn)在，加工車間經(jīng)常使用這種刀具作為鋼材的粗加工使用，例如將它用于加工圖2所示的傳動箱蓋，這就是這種刀具適合于某一零件加工的另一個實例。隨著加工車間的不斷發(fā)展，毫無疑問其加工中心的數(shù)量也會不斷增加，也許以后還會增添一臺高速加工機床。然而就目前的情況而言，較快的粗加工進給速度所提供的多余生產(chǎn)能力就足以滿足目前生產(chǎn)的需要。
什么叫軸向切屑減薄工藝？
采用球頭銑刀加工，其切削狀態(tài)不同于標準的銑刀，它與刀具的切削接觸面小于其曲面的全部半徑。切屑厚度和每齒的前進量也將有所不同——切削厚度較少。其原理如圖所示。由于切屑較薄，因此可提高每齒的前進量，從而獲得較高的線性進給速度，從而達到較高的金屬切削速度，對于已經(jīng)采用相對較淺切削深度的應(yīng)用領(lǐng)域而言，采用這種工藝是比較合適的。 這種效果通常與高速加工中的球端立銑刀有著密切的關(guān)系。然而，它對使用圓形可轉(zhuǎn)位刀片的銑刀和使用曲面設(shè)計的刀具也有好處，可達到減薄切屑的目的(例如像本文所提到的“進給銑刀”那樣)。 從圖也可看到作用力的方向。圖中所示的刀具作用力并不是橫向的，而是沿著虛線所指的對角線方向從材料一直延伸到曲面中心點。換句話說，某些作用力并不是完全沿著X軸和Y軸的方向運動，而是沿著Z軸方向運動，這是機床中剛性最好的一根主軸，可以使切削達到更加的穩(wěn)定狀態(tài)。
