使用嵌入式刀具进行盲孔键槽的拉削加工
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与专用拉床相比,数控机床可以进行多种加工操作,在数控机床上进行盲孔键槽的加工,无需重复移动零件,有利于提高零件的位置度,可靠性和加工精度。
与专用拉床相比,数控机床可以进行多种加工操作,在数控机床上进行盲孔键槽的加工,无需重复移动零件,有利于提高零件的位置度,可靠性和加工精度。
根据Kevin Sanieski的描述,位于马萨诸塞州,格林菲尔德的数控刀具系统领导者 duMONT公司,使用嵌入式刀头对盲孔键槽进行高效加工,并将这种方法应用于 Minute Man生产线上的数控车床和加工中心上。
图1 duMONT公司应用于数控车床和加工中心的Minute Man系列可更换嵌入式刀头,开槽刀和特种刀头(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
Sanieski说:“该系列的产品基本可以在任何车床或铣床上使用,机床尺寸越大、刚性越好,刀具的可操控性也会越好。”
插入式刀头可用于加工宽度范围从3/32”~3/4”和2mm~25mm的盲孔键槽。
Sanieski解释说,这种类型的刀具使用难点在于,在进行盲孔键槽的加工时,需要先将刀具缩进孔中,然后拉出,这时切屑会积聚在键槽底部,进而损坏刀具。因此,该公司提供了一个CNC程序,其键槽拉削系统可以促进刀具连续移动切削,而无需手动清除切屑。
他说“总的来讲,对于盲孔键槽加工来说,数控系统的出现使我们有了更多的选择,”“我们发现在加工过程中,刀具倾角在45°左右可以很好的保护刀具,切便于清理切屑。”
图2 CNC Broach Tool提供的用于盲孔键槽拉削加工的可转位嵌入式刀头。刀柄侧面有固定螺丝,轴衬表面开放(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
Sanieski补充说,该拉削系统不仅适用于加工键槽,还可对花键,方槽,六角形等内部或外部特征进行加工。“我们可以设计出你所想到的任何形状”。

一种全新的加工方法

约翰·加德纳(John Gardner)是加利福尼亚州,玛丽安德尔湾 CNC Broach Tool 公司的老板,他认为,用户可以在加工盲孔键槽的过程中使拉刀倾斜或保持一定锥度,但是这样的加工程序很难编写,此外,CNC Broach Tool的拉削刀头的设计不太适合斜角切削。
使用车床进行拉削加工时,工件水平放置,切屑会由于重力作用而掉落。但在磨床上切屑并不能自动脱落,Gardner提出在零件上加工一个十字孔,凹槽或切口——一个能将切屑推入进去的开放式的区域。这个区域必须足够大,避免冷却液轻易将切屑带走。如果保护区域不够大,那么刀具就会与被冷却液包裹的切屑接触,相互碰撞,他补充说,可以让冷却液通过十字孔冲洗切削,避免这种情况的发生。
“我们需要有足够的空间来处理那些切屑,这样你就不用再去粉碎它们,”加德纳说。“这是加工盲孔键槽的最终目标。”
图3 用户可以使用duMONT Minute Man刀具系统加工通孔键槽、盲孔键槽、锥孔键槽、异形孔或花键孔(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
Gardner说,CNC Broach的刀具在侧面有固定螺丝,硬质合金刀头是敞开式的,这种设计不仅可以将切削力向下引导到刀具中心线上,使刀片压紧在刀柄槽中,还可以在双刃刀片经过保护区域碰到大量堆积的切屑时保护机床。
公司表示,为了保护主轴,当容屑空间不够时,刀头将从刀柄中弹出。“不要担心或怀疑刀具出现了什么问题”加德纳说。“这个信号只是表示空间不够,或者切屑没有排出保护区域,你正在破坏他们。
图4 当刀片的切屑刃按照原始角度修锐时,duMONT的锐化杆能够将刀片紧紧的固定在适当位置(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
Ron Odekirk是MuthigIndustries Inc., Fond du Lac一家零件制造商的产品经理,他使用CNC Broach进行盲孔键槽的加工时,将刀具路径设置为矩形,并留有一定余量,每次拉出时使刀具完全从工件表面脱离。
Odekirk说,退刀时应避免刀尖不与金属相接触,随着拉刀的不断移动,矩形刀具路径越来越宽,键槽也就越来越深。

速度要求

Gardner将数控机床上的使用可转位嵌入式刀头加工盲孔键槽的过程比喻成用斧头砍树。他说:“如果你摇斧的动作很慢,斧头就会从树上弹开,只有快速的砍下去,才能够将树劈开。”
Gardner补充说:“速度是你的朋友”,但是许多用户在使用刀具时担心损坏机床。根据工件材料来看,“我需要不断提醒他们,其实切深仅为0.001”,他说,“实际加工过程非常的缓和,并不会产生很大的切削力,我们甚至可以用手推动它。”
Gardner指出,虽然切削深度很小,但实质上仍然是在可控范围内的损坏。刀具仍然在不断的磨损。拉削加工其实是一个非常剧烈的过程”。
例如,Muthig Industries公司使用CNC Broach拉刀在硬度较小的冷轧钢上加工盲孔键槽时,拉削速度可达550pm(13.97m/min)。 (见如下侧栏)。
为达到最高的切削速度,Gardner建议使用ER夹头夹持拉刀,将反向挡块直接放在CAT40或CAT50主轴上。他还强调,为防止在键槽顶端产生锥形,切勿使用VDI镗杆套筒来夹持ER夹头。

普通研磨修锐

Sanieski表示,绝大多数的可拆卸刀片在磨损后都会被直接丢弃或者进行回收处理,但duMONT系列的拉削刀片材料中含有13%的钴,刀片经过热处理后,硬度超过68 HRC,所以该系列刀片可以修锐五次,修锐的次数取决于材料去除的多少。
图5(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
图6(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

图7 当进行盲孔键槽拉削加工时,CNC Broach Tool公司建议在零件上加工出一个特定区域,用于推入切屑并防止切屑堵塞。该保护区域可设计成十字孔(上),凹槽(中)和凹口(底部)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
他说:“你会注意到最好不要进行太长时间的连续加工,连续运转会使刀具产生崩刃,你可以快速对它们进行修锐,并且不会去除太多的材料。”
duMONT为客户提供了一种专门用来进行拉刀修锐的磨刀杆。 它以固定的角度夹持刀片——刀片与地面之间保持一定的夹角。Sanieski说,“只需将刀片固定在磨刀杆的末端,并用砂轮进行打磨即可”。
Sanieski说,无涂层刀头只能对铝等部分材料进行加工,但在加工不锈钢和其他难加工材料时,需要使用涂层刀头。
CNC Broach的TiN涂层嵌入式刀头也可以通过修锐再次使用,有时甚至可以修锐九次,大多数用户在刀片修锐后不会对刀片重新进行涂覆。Gardner说,“我们产品的每个切削刃上原本就有100~200个齿槽,而涂层能够使刀刃边缘再多增加两个齿槽。”
并不是所有的刀具都能够修锐使用。Odekirk说,Muthig 公司不会对其刀头进行修锐,因为每个刀刃平均有250个齿槽,对刀片进行修锐会改变刀片的尺寸并使其不标准。他补充说:“为了得到较好的齿槽形状,当你每次改变它的时候,你必须经过反复的切割、测量或者修复。”“我不想将时间浪费在这上面,这也是我们不会改变立铣刀直径的原因。”
Gardner强调,无论哪种方法最为经济,在数控车床和铣床上进行拉削加工都需要有本质的改变。他说:“人们已经习惯了在数控机床上进行拉削加工。他们无法想象这种全新的模式,所以他们不愿意在车床或磨床上进行这样的操作。”
然而,当他们发现将几百个需要加工盲孔键槽的零件进行加工外包之后,每个零件所花费的成本高达25美元,收货时间需要2~3周,并且还会产生不合格的产品,这时他们的心态就会迅速发生改变。 Gardner说:“如果你能够自己进行盲孔键槽的加工,可以节约时间、成本,并且不会浪费你的零件。”“你怎么跟这种方式竞争?

微调单点拉削

Muthig 公司的RonOdekirk强调,当拉削盲孔键槽时,要防止切削在可转位刀具的刀头部分卷曲在一起。多面零件加工制造商在使用CNCBroach Tool可转位刀片对两种不同的冷轧钢曲柄适配器进行6.35mm×50.8mm的盲孔键槽拉削加工时,曾发生过三次很严重的故障。
Odekirk描述说,第一次故障是在生产开始后一两天内发生的,加工在公司的Doosan2600SY车床上进行,主轴虽然没有发生损坏,但是当刀头弹出时,三个刀具产生了永久性的破损。他补充说,“这种严重的故障发生”之后,需要花费半天的时间来校准失衡的机器。
图8 当Muthig公司在拉削加工盲孔键槽时,切屑与刀片产生粘结(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
Muthig公司使用车床加工完曲轴转接器后,直接使用CNC Broach可转位插入式拉刀进行单点成型加工,这种方式无需进行手动操作。Odekirk表示,“我们只需将原料放置在机床上,零件加工完成后就可以直接进行包装和运输。”他补充说,使用这种加工方式,适配器年产量可达到40000~60000个。
他说,国内生产适配器的OEM公司需要将零件转到车床进行加工,然后将其移动到垂直加工中心进行拉削加工。
Odekirk表示,他在了解了CNCBroach Tool在线加工的优势,并在观看演示视频之后,更加确信“如果他们能做到,我们也可以做到这一点;我们只需要增加一个拉刀,就可以解决这个问题。“
根据Odekirk的说法,该公司对每种零件都做了5个无缺陷的样品,并经过了用户的认可。为了粉碎切屑并防止它们粘结在盲孔键槽的末端,Muthig公司在每个零件上都加工了一个十字孔,由于凹槽或切口会使内壁变薄,降低零件强度,所以十字孔更适合这种特殊结构的。
为了防止故障再次发生,Odekirk咨询了CNCBroachTool的John Gardner,他建议,为了便于卸载,需要将十字孔的尺寸加大,但无需改动零件的原始尺寸。“他们说,‘如果你们不能解决这个问题,我们会自己进行加工制造’”Odekirk说:“我们说,‘我们会处理好的’。”
Gardner认为可能是由于切屑粘结在刀头的刀尖位置,导致刀头弹出。 Odekirk则觉得这种情况很难得到证实,但能够肯定的是,有一天他亲眼看着正在加工的机床拉刀突然停止运转。 “当时我清楚的看到切屑粘结在嵌入式刀头的刀尖末端,”Odekirk说,“切屑随时都可能粘结在正在进行切削加工的刀具上,这表明切削负载有了明显的增加。”
Odekirk说,刀具很新,涂层完好无损,所以他检查了冷却液管路,发现当冷却液流过ER32夹头沿着刀具轴向喷流时,不能精确的到达切屑产生区。为此公司通过改变冷却液管路,使冷却液能够直接进入刀具/工件接触表面,而不是到处喷洒。他说:“改进之前,冷却液到处都是,就像在水中加工一样。”
图9 当Muthig公司在拉削加工盲孔键槽时,切屑与刀片产生粘结(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
Odekirk补充说,Muthig公司通过增加冷却剂浓度,提高其润滑性和抗焊接特性。
此外,Odekirk还检查了拉刀在十字孔内停止的位置,并发现在切削长度为1.9096”(48.5038mm)处有切屑从孔中断裂,在切削长度为2.1504英寸(54.6202mm)切屑开始接触孔的另一侧。 “所以我们把拉刀停止在行程末端后大约0.1”的位置处,由于切屑从孔的背面开始堵塞,所以我打算将位置移动到0.04”来观察是否能够解决这个问题,。”
Odekirk表示,通过采取这些措施,Muthig公司继续使用CNCBroach Tools的拉刀加工曲柄适配器,并且再也没有出现任何故障。“最后,我们掌握了这项技术,并与制造商建立了很好的关系。”
原载:《工具展望》
上载于:2017-9-25 15:27:00

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