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安全的重载切削

作者:锐宏admin   发布时间:2016/8/17 9:34:29


目前,仍有很多人不重视刀柄的重要性,特别是在粗加工和重载切削加工领域。在此类加工中,金属去除率是提升效率的重点。借助于特殊热缩刀柄中 的定位销和刀具柄部的螺旋槽,满刀铣削难加工材料的键槽时,切深可达2XD(50mm)或更深。机床商Heller恒轮通过一系列应用研究证明了 HAIMER Safe-Lock™翰默安全锁系统的效果。

尤其在航空和通用机械行业,生产经理们在面对难加工材料时,必须兼顾经济效益和工艺安全性。幸运的是,有识之士明白:机械加工技术创新的持续发展将 满足制造业不断提升的要求。Heller恒轮机床被看作此类创新的灵感之源。这家公司坐落于德国Nuertingen纽廷根市,是知名的高品质机床厂商, 提供4轴和5轴加工中心,CNC铣削和车削中心,CNC凸轮轴和曲轴专机,以及柔性生产线。客户认可其针对特殊工艺要求设计的各种产品和他们的竞争力。 Heller恒轮完全在自己工厂中生产的产品的这两种品质,是依托与客户ˎ供应商和各种研究所的合作,以保持其始终处于创新的前沿。

粗加工是一个很有前途的工序

Werner Kirsten工作于Heller恒轮的技术研发部门,负责“难加工材料”领域。他解释道:“我们的服务包含和客户及供应商一起优化金属加工工艺。为了通 过实地测试来支持这些服务,我们的技术中心装备了各种机床。”大多的案子要求在不降低工艺安全性的前提下提升生产效率。技术专家Werner Kirsten补充说:“我们经常通过优化粗加工工序来减少精加工工序以实现这一目标。保证同样的技术数据,但是减少50%的精加工余量。”总的加工时间 减少至原先的一半,不过无论如何,这需要保证在粗加工过程中的工艺安全性和可控性。

因而,为了实现提升生产效率的目标,工艺链上的所有环节都必须被考虑到,机床是最重要的机加工环节。尽管如此,刀具ˎ夹持系统ˎ冷却系统和别的要素 也是成功的基本条件。“最终,工艺链中最薄弱的环节将是制约成功的瓶颈。”Werner Kirsten强调道。他认为大多数机加工车间不重视刀柄,虽然刀柄对高性能切削是一个非常显著的影响因素。“以往几年中的试验已经证明了这个观 点。”Werner Kirsten解释道。我们相信刀柄对机械加工有着不可思议的影响。例如:强力型热缩刀柄,加工中的振动节点接近于支撑点(由于其强壮的外形设计)。这将 使加工更平顺,振动和工件表面粗糙度更小,而刀具ˎ机床ˎ加工参数和夹具都是相同的,仅仅更换了一个刀柄。

刀具夹持系统-生产效率的一个要素

通过选用合适的刀柄,你可以获得更高的生产效率和工件表面质量,同时你只需使用普通的标准刀具。Werner Kirsten进行了一个普通4刃外冷铣刀的对比实验,除了普通热缩刀柄,他还测试了HAIMER Safe-Lock™翰默强力型带环绕冷却系统的刀柄,环绕冷却系统确保了冷却液被传输至刀刃。和使用普通热缩刀柄加外冷的方案相比,我们能获得显著提高 的效果。当一群来自航空工业ˎ Dortmund多特蒙德大学和Hamburg-Harburg汉堡-哈尔堡大学的代表们参观Heller恒轮时,一组特殊的铣削应用被用于钛合金 TiAl6V4的加工。

从困难的案例中获得领悟

机床是Heller恒轮的4轴H5000,配有齿轮传动系统和能产生最高2.290Nm扭矩的HSK-A100主轴。为了验证加工的潜能,不同的直 径25mm立铣刀被用于在钛合金板上满刀铣槽。为了模拟航空工业中刀柄的使用状况,这些铣刀被安装在强力热缩刀柄中。当铣削深度为0.5-1.0XD时, 工艺安全性很好。由于机床主轴未达到满负荷,参与实验的专家们同意将铣削深度增加至2.0XD。Werner Kirsten解释道:“在这些条件下,铣刀会在加工时被拔出刀柄,产生一条深达2.5XD的槽,并铣穿工件。在槽的尽头,铣刀由于切削阻力太大而最终折 断。”

这些铣削加工专家都同意,刀柄的夹持力是此工序的瓶颈。一旦铣刀受到的轴向切削力或加工中产生的振动太大,铣刀就会被拔出刀柄并向工件方向蠕动。有时,由于切削力增加太多,从而导致铣刀最终折断和工件彻底报废。

试验参与者们集中讨论了刀具被拔出的原因和可能的对策,最后,Werner Kirsten想到了一个主意,即当刀柄的夹持力不足以对抗轴向切削力时,刀具应当被推向主轴方向。这是他最终注意到附加在摩擦力夹持系统上的 HAIMER Safe-Lock™翰默安全锁系统的原因。刀柄和刀具柄部都有螺旋线的特征。理论上,即使带安全锁系统的铣刀在刀柄中松动了,它会被在螺旋线上分布的定 位销拉入刀柄而不是进入工件。而这种刀具的蠕动可以被长度调整螺钉轻易的预防。 

防止刀具被拔出

Werner Kirsten联系了欧洲刀具夹持系统的领导者HAIMER 翰默公司,测试了安全锁系统,“我们想知道,HAIMER 翰默的这一系统是否能够在更严酷的实测环境中实现我们的设想。”HAIMER 翰默的技术研发团队重复了上述的测试,但有下列主要的更改内容。 HAIMER Safe-Lock™翰默安全锁系统被施加在一种类似的硬质合金立铣刀上,而且这次测试将使用更小的主轴接口(HSK63代替了HSK100),刚性更弱 的齿轮传动5轴机床,稳定性更差的对角线式夹具夹持的工件。

结果是:尽管有这些附加的限制条件,这把铣刀能安全的满刀铣2.0XD(50mm)深的槽,Werner Kirsten说道:“这种方法能间接地证明HAIMER Safe-Lock™翰默安全锁系统的可行性,而HSK-A100的热缩刀柄将有更大的潜力,特别是在条件较差的齿轮传动的5轴加工中心上。“随后这个钛 合金TiAl6V4实验又被重复了几次,包括在Farnborough范堡罗航展上,由此证明使用Safe-Lock™安全锁系统能够将钛合金满刀铣槽的 极限(1XD=25mm)提升一倍。

Kirsten总结了实验结果:”对粗加工而言,这是一种安全的工艺,因此我认为HAIMER Safe-Lock™翰默安全锁系统结合我们已经使用的热缩技术是简单可行的,特别是夹持其它制造商的标准化铣刀,其工艺安全性是可靠的。“




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