安全的重切削分析

优胜编程龚老师

安全的重切削分析

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。粗加工钛合金：没有Safe-Lock?安全锁系统，刀具在满刀加工ap=2XD的槽时，被从标准型热缩刀柄中拔出并折断。使用带Safe-Lock?安全锁系的HAIMER翰默强力型或者重型热缩刀柄，可以安全的满刀加工ap=2XD的槽。




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、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，刀具夹持系统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、机床、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

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。”