Vario銑刀和高效劈屑加工新技術(shù)

    產(chǎn)品發(fā)展技術(shù)公司（PDT）（位于美國伊利諾依州林肯郡）是一家從事包括刀具設(shè)計(jì)與制造在內(nèi)的新產(chǎn)品開發(fā)的跨國公司。該公司一直致力于可縮短加工周期、降低生產(chǎn)成本的先進(jìn)加工策略的探索與研究。PDT公司從成立時起，即開展用表面涂覆TiAlN涂層的機(jī)夾式銑刀（使用APKT方形帶臺階結(jié)構(gòu)的刀片）在高進(jìn)給條件下進(jìn)行模具加工的創(chuàng)新性技術(shù)研究。從2004年8月起，與LMT-Fette美國公司（位于美國俄亥俄州克利夫蘭市）合作開發(fā)了一種牌號為Twincut Vario的高進(jìn)給機(jī)夾式銑刀（使用新型的LC280TT刀片），并進(jìn)行了將其應(yīng)用于高效模具加工的工藝試驗(yàn)研究。

    在最后的工藝試驗(yàn)研究中，使用新設(shè)計(jì)制造并進(jìn)行了多次改進(jìn)的Vario銑刀以及由此總結(jié)出的劈屑加工專利技術(shù)，對某型號汽車的排氣接管殼芯盒模具底座進(jìn)行了加工。該底座外形尺寸為914×711×127mm，工件材料為4140鋼（30HRC）。加工在功率25hp、裝有50號主軸的Makino MCB 1210臥式加工中心上進(jìn)行。加工中刀具有178mm的懸伸長度。加工試驗(yàn)結(jié)果令人興奮，在保證加工零件達(dá)到高精度要求的同時，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效果，機(jī)床加工費(fèi)用由每立方英寸12美元下降至6美元，刀具費(fèi)用由每立方英寸31美元下降至2美元，總的生產(chǎn)費(fèi)用從每立方英寸42美元下降至8美元，零件生產(chǎn)成本比原工藝節(jié)約了81.6%。PDT公司的制造工程師Sarullo介紹說，“我們在對模具進(jìn)行高效加工的工藝試驗(yàn)中，把加工時間從17小時縮短至5小時。”

    在使用Vario銑刀之前，PDT公司也曾使用過另一家公司生產(chǎn)的刀具。“原來在加工該汽車排氣接管殼芯盒模具底座時，需要更換20個刀片，而使用Vario銑刀則減少到只需使用5個刀片，”Sarullo向用戶介紹Vario LC280TT刀片的優(yōu)點(diǎn)時說，“使用Vario銑刀為公司節(jié)約了大量刀片。原來銑削500立方英寸的鋼件時，使用一個價格昂貴的刀片只能加工0.5小時，就因刀頭上切削溫度過高而使刀片磨損、精度下降，甚至對刀體造成損傷而不得不停止加工�，F(xiàn)在使用Vario銑刀可使刀具壽命延長至1小時40分鐘，加上每個刀片有8個切削刃，通過轉(zhuǎn)位使用，極大地降低了生產(chǎn)成本。”

    PDT公司還在對另一模具底座的加工中，使用一把直徑69mm的Vario銑刀，選用切削速度139.3m/min、主軸轉(zhuǎn)速640rpm、進(jìn)給速度3m/min和切深3mm的切削條件進(jìn)行加工。而此前使用公司過去生產(chǎn)的直徑50.8mm的普通銑刀，則只能選用切削速度122m/min、主軸轉(zhuǎn)速764rpm、進(jìn)給速度0.78m/min和切深5.08mm的切削條件進(jìn)行加工。對比試驗(yàn)研究表明，使用劈屑加工專利技術(shù)和Vario銑刀獨(dú)特的23º正前角幾何形狀，可使作用于刀頭上的切削力降低50%，減少刀具磨損和降低切削溫度。

高效劈屑加工技術(shù)的主要特點(diǎn)是真正實(shí)現(xiàn)了高進(jìn)給速度切削加工。“這是對Vario刀具的完美應(yīng)用，是PDT公司成立至今一次最好的質(zhì)的飛躍。”Sarullo說。因此，它可在加工模具型腔時，使加工時間由過去的17小時縮短至5小時。

Vario銑刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

    Twincut Vario高進(jìn)給銑刀采用了別具一格的刀具幾何形狀（已獲得專利）。刀具設(shè)計(jì)了兩個軸向和徑向都錯位（錯齒）排列的切削刃，可對零件進(jìn)行復(fù)合加工。根據(jù)加工條件和零件尺寸精度要求，刀具的上下（軸向）和左右（徑向）相錯排列的兩個切削刃能各自按照不同的切入角和調(diào)整好的切削深度進(jìn)行高效切削，這將形成寬與高之比僅為以前1/4的切屑截面，使加工中產(chǎn)生的切削力大大減小，從而使刀具的切削性能優(yōu)勢得以充分發(fā)揮。

    當(dāng)然，這也與獨(dú)特的刀體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)。在已設(shè)計(jì)好的刀片定位槽內(nèi)，可將不同材質(zhì)、有8個切削棱邊的TC280TT刀片安裝成具有不同正前角或負(fù)前角的切削刃，以進(jìn)一步提高Vario銑刀的切削性能。“刀片不會產(chǎn)生裂紋，也不會破裂，”Sarullo介紹說，“即使在斷續(xù)切削中刀具受到很大沖擊的情況下，切削刃也不會破損。LC280TT刀片在切削中表現(xiàn)出罕見的高耐用度，使切削刃始終保持鋒利，不間斷地進(jìn)行實(shí)際上的自由切削（這是切削界一直努力追求的切削方式），即進(jìn)行超強(qiáng)功能的將金屬‘劈’（形容其速度之快）成破碎狀切屑的加工（‘劈屑’技術(shù)由此得名），而不是通常的擠壓、剪切金屬（速度相對較慢）的加工方式。由于它具有獨(dú)特的超高切削性能，因而只會產(chǎn)生很小體積的切屑（約為以往的三分之一）。”Sarullo說，“在一般情況下，只需要使用氣吹，即可將小體積的切屑排除干凈，凈化工作場地，提供一個安全的生產(chǎn)環(huán)境。”

過去，PDT公司加工相同零件時，操作者需要認(rèn)真監(jiān)控主軸的運(yùn)行狀態(tài)。現(xiàn)在使用Vario銑刀，由于避免了刀具在惡劣工作條件下容易產(chǎn)生的嚴(yán)重磨損與破損，將操作者從緊張的工作狀態(tài)中解放了出來，在預(yù)計(jì)的刀具磨損時間內(nèi)可以放心去干別的工作。

    LMT-Fette公司的Vario銑刀也解決了以往的銑刀在切削中產(chǎn)生很大噪音和振動的問題。“我們生產(chǎn)車間的隔壁就是三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）工作室。減少干擾對CMM工作室極其重要。”Sarullo說。利用劈屑技術(shù)的Vario銑刀能在惡劣的加工條件下有效減小振動，保持安靜的工作環(huán)境。

Vario銑刀的另一個優(yōu)點(diǎn)是在刀具調(diào)整好之后，不需要匯編加工程序，即可對零件進(jìn)行加工，從而減少編程等額外輔助時間。“在一般加工條件下，對切削鋼件的加工狀態(tài)是不可預(yù)知的，但我們使用Vario銑刀時，就可以使用同一個加工程序去加工切削條件不完全一致的零件，并能保證良好的加工質(zhì)量。”Sarullo接著說，“事實(shí)上，我們也可以不必考慮加工材料或刀桿長度帶來的加工條件差別。”

    Twincut Vario銑刀和劈屑加工技術(shù)可為用戶提供極高的生產(chǎn)效率，大大縮短加工時間，減小刀具和機(jī)床磨損，延長刀具使用壽命，降低刀具成本，減少振動和噪音，改善安全生產(chǎn)環(huán)境，為無人化生產(chǎn)提供良好條件，因此是一種極具發(fā)展前景的高效加工新技術(shù)。