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以整体最佳为标准

来源:荣格-《国际金属加工商情》 发布时间:2021-05-08 1535
工业金属加工金属加工金属切削机床金属成型机床模具及冲模焊接设备及工具其他金属材料表面处理测量及控制系统 技术前沿
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作为机械加工领域的工程师,他知道如果机床主轴与刀具之间的接口、卡盘不能完美匹配,就不会得到最精密的加工效果。

多年来,整体性解决方案是人们谈到提高机械加工效率时的高频词,但只有在生产实践中贯彻落实了整体性解决方案之后才能知道它是否有效。本文介绍的应用实例再次证明了整体性解决方案是正确的、有效的。这里的整体性指的是精密加工刀具、刀柄和机床所构成的整体。


“在切削加工时,如果要在刀具使用寿命、零件加工的尺寸精度和表面质量等方面都得到最佳效果,那么就需要注意考虑切削加工的所有要素是否做到了相互匹配、协调一致。”德国巴登符腾堡州施瓦本地区Gewefa公司总经理Rainer Pfister如此说道。


40多年来,Pfister一直领导着由他父亲在1949年创立的家族企业Gewefa公司。作为机械加工领域的工程师,他知道如果机床主轴与刀具之间的接口、卡盘不能完美匹配,就不会得到最精密的加工效果。

为高要求材料而选择的夹具
在本文介绍的切削加工实例中,加工零件的材料属于难切削加工的渗氮钢34CrAlNi7,加工要求是在渗氮钢材料上铣削出长1160mm、宽20mm和深6.5mm的键槽。这种渗氮钢的特点是表面硬度高、耐磨性好。其典型的应用领域是高速主轴、传动轴、量规、精密量具或者是控制凸轮。由于高硬度和高耐磨性,使得渗氮钢成为机床设备制造和汽车制造领域中最受欢迎的金属材料之一。


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Gewefa公司的机械加工专家Rainer Pfister(左)和Wunschmann公司的Stephan Wunschmann(右)在评估Gewefa公司开发的液压刀柄。


“我们的175型摆线立铣刀是加工这种材料的利器。但要最大程度地发挥这种刀具的性能就必须保证所有的一切都是相互匹配的:刀具、刀柄、主轴、机床。尤其是铣削长度超过1m时。”德国巴登符腾堡州罗腾堡市精密刀具制造商Wunschmann公司的领导人Stephan Wunschmann先生说。


175型摆线铣刀的切削刃长度在18mm-70mm之间,刀尖圆角半径在0.25mm-0.5mm之间,表面涂有耐高温和抗氧化的HE-S涂层。这种精密刀具有较大的、抛光的容屑槽和坚固的芯部。由于它有着可变的摆线形螺旋角,因此可以将铣削加工过程中的振动降到最低,从而延长刀具的使用寿命。


Gewefa公司使用的机床是来自Axa公司的VHC系列的移动立柱式加工中心。这款加工中心X轴方向的最大加工行程为4,000mm,主轴的最大输出功率为40kW、传输扭矩191Nm,可选配置最大为255Nm。通常情况下,铣刀都是安装在SK 40型的刀柄中的。


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旨在最大程度地提高切削加工工艺过程的可靠性:来自Wunschmann公司的175 ER摆线铣刀和Gewefa公司的SK 40 Plan液压刀柄。


平稳的铣削过程
第一次试切渗氮钢零件时,直径16mm的摆线铣刀被装夹在SK 40型铣刀刀柄中,切削速度为80m/min,进给量为0.16mm/min。


Pfister对这一加工工艺过程得到的尺寸精度和表面质量十分满意。“但我觉得键槽铣削过程中的噪音太大了。所以我想用设计改进的SK 40 Plan液压铣刀刀柄试一试。结果是键槽铣削过程中的刺耳声音没有了,整个1,160mm长的键槽铣削也非常‘安静’。”


是什么使得液压刀柄能够得到更好的铣削加工效果?“Plan液压刀柄为车削和铣削刀具提供了更好的减震性能和更高的刚性,从而确保了更好的切削加工精度和更长的刀具使用寿命。所有的刀柄生产厂家都知道我们这种Plan型液压刀柄的好处。现在,我们也注意到机械加工领域中,有越来越多的企业开始使用这种刀柄。”Pfister解释说。


液压刀柄并不是Gewefa公司的发明创造,但几十年来这家公司一直生产、制造高质量的液压刀柄。Gewefa公司向客户保证,使用他们生产的液压刀柄可以车削、铣削出尺寸精度更高、表面质量更好的零件。另外,与普通的热缩刀柄相比较,使用液压刀柄的机床设备调整时间平均可以减少75%。使用液压刀柄时不需要热缩刀柄的伸缩拉紧机构,而且安装、使用也不受时间和地点的限制,这在繁忙的日常加工中具有显著优势。


液压刀具夹持系统确保了铣刀的准确定心和无间隙的夹紧。这是因为刀具夹持器空腔中充满了液压油。当调高系统中的压力时,装夹系统的内壁都紧紧地压贴在铣刀刀柄上,刀柄各处受到的压力是完全相同。另外,这一装夹系统还确保了装夹过程可靠性。


所有参与该项目的试验人员都认为,SK 40 Plan液压刀柄是高精度摆线铣刀与Axa加工中心高性能主轴之间最完美的连接接口。这种液压刀柄也减轻了SK 40回转主轴头的惯性质量。这也可以使加工中心的回转主轴头设计的更小巧,也就是用SK 40型代替SK 50型,从而降低生产成本。


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Axa公司研发生产的VHC移动立柱式加工中心X轴方向的最大切削加工行程为4,000mm,配用了功率40kW的回转铣削头,在液压刀柄的帮助下充分显示了它们的强大优势。


“刀具接口必须能够有效地传递力和力矩,不会打滑。”这是斯图加特大学名誉教授Uwe Heise博士1998年与合著作者Jürgen Graef博士、Jürgen Fronius博士合作发表的CNC加工接口技术文章中的一句话。


机床设备制造商Axa公司的大客户经理Andreas Mayer先生非常同意这一观点。作为一名有着30多年机械加工、客户服务和机械设计经验的技术人员,他说:“如果在通往精度和可靠性的过程中出现了打滑,那么再好的切削加工机床也将无济于事。作为著名的德国机床设备制造商,我们对这一项目通过加工中心、夹持系统和切削刀具之间的完美匹配得到的加工效果,感到非常满意。”

所有相关要素“齐心协力”的成果
每一个想以具有竞争力的生产成本生产出高质量产品的人,都要确保切削加工过程的所有要素:CNC加工中心、精密刀具和刀具夹持系统之间做到最佳的匹配、协调。更为重要的是,在工艺过程设计之初就要将所有的相关人员:机床设备制造商、刀具制造商和刀具夹持系统的生产厂家召集到一起商讨出最佳的解决方案。


来源:荣格-《国际金属加工商情》


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