多功能刀具為鉆孔加工賦予創(chuàng)新潛力

鉆孔刀具的多功能性，意味著可以將實(shí)心鉆和擴(kuò)孔鉆加工以及組合刀具成品加工中的不同工序進(jìn)行組合。屬于此類工藝的還有銑削加工、擴(kuò)鏜加工或穿孔加工，以及復(fù)雜輪廓和螺紋的加工制造。

    Komet集團(tuán)提供的創(chuàng)新式組合、最新加工工藝和柔性機(jī)電系統(tǒng)，能夠減少工藝加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間，也能夠在加工中心上實(shí)現(xiàn)特種機(jī)床和車削機(jī)床的加工功能。正如實(shí)踐所表明的那樣，屬于這方面的內(nèi)容還有：對(duì)工藝過程的整體考察，以及如何將與材料和構(gòu)件相關(guān)的專門加工知識(shí)納入其中。

    現(xiàn)在看來，除了所使用機(jī)床的機(jī)械和控制技術(shù)特性外，加工過程中如何排除切屑這一問題主要取決于加工手段——即所用刀具的品質(zhì)如何。最新的技術(shù)發(fā)展為刀具生產(chǎn)賦予了創(chuàng)新的潛力。

    這意味著應(yīng)用最現(xiàn)代化的刀具，或者將不同的工序集成到一件或盡可能少的刀具上，就可以減少工藝加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間。新型的切削工藝，如行星式車削或采用更換式的KomTronic-U機(jī)電軸系統(tǒng)都有助于通過加工中心實(shí)現(xiàn)特種機(jī)床和車削機(jī)床的各種加工功能。

主剎車缸實(shí)例中的加工變通方案

    與各種構(gòu)件要求以及用戶特別要求的機(jī)械特性相一致，Komet集團(tuán)提供了對(duì)工藝和刀具進(jìn)行組合的各種可能性。其中的一個(gè)實(shí)例就是主剎車缸的加工。一般而言，這種鑄鋁部件要求盡可能地采用不同的刀具和加工手段。

    在端面上對(duì)復(fù)雜的內(nèi)外幾何形狀的粗加工和精加工可以通過鐘形精車削刀具進(jìn)行組合(圖1)。進(jìn)行主鉆孔加工時(shí)，雙刃式可換刀片鉆頭KUB Duon以及KUB Centron硬質(zhì)合金鉆頭都是經(jīng)常使用的標(biāo)準(zhǔn)刀具。作為可選方案，Komet集團(tuán)還提供了能在一道工序中完成內(nèi)孔加工和預(yù)鉆孔加工的組合式刀具。

圖1 在端面上對(duì)復(fù)雜的內(nèi)外幾何形狀的粗加工和精加工組合，都是通過鐘形精車削刀具來實(shí)現(xiàn)的

采用加工中心進(jìn)行車削

    為了通過柔性加工中心實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件的加工，內(nèi)孔中的輪廓如孔中的槽加工通常都是通過行星式車削來完成的。新技術(shù)同時(shí)也開拓了其它途徑，即可以借此通過加工中心實(shí)現(xiàn)車削加工。

    行星式穿孔車削是一種新型工藝。Komet集團(tuán)早在三年之前就著手研制此項(xiàng)新工藝，現(xiàn)在已經(jīng)證明這是明智之舉。行星式穿孔車削的原理正好與在車床上進(jìn)行穿孔車削的原理相反。在車削時(shí)，靜止不動(dòng)的不是刀具，而是工件。刀具在靜止不動(dòng)的工件上，圍繞著它走出一條由控制器所產(chǎn)生的行星式內(nèi)插補(bǔ)環(huán)行軌道。

    因此，在環(huán)行軌道上的每一點(diǎn)，刀刃都垂直于缸的切線。所以，在圍繞工件循環(huán)期間，刀具自身只有一次圍繞著自軸的旋轉(zhuǎn)。在進(jìn)行行星式車削時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生通常在圓周銑加工中出現(xiàn)的不光滑表面。但若單從機(jī)床方面來看，這要求相應(yīng)的機(jī)械和控制技術(shù)作為前提條件(圖2)。

圖2 在進(jìn)行行星式車削時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生通常在圓周銑加工中出現(xiàn)的不光滑表面

     在某一孔中進(jìn)行擴(kuò)鏜加工或穿孔加工的另一種可能性是采用KomTronic-U機(jī)電軸系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一個(gè)復(fù)雜的、帶滑板的車端面頭架和一個(gè)帶有伺服電動(dòng)機(jī)和螺紋軸的自傳動(dòng)器組成。其運(yùn)動(dòng)線路從機(jī)床方面來說是可以自由編程的，并且可以借助于集成式測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電子監(jiān)控。此外，可以自動(dòng)更換的U軸系統(tǒng)還可以在某一加工中心上用于其他的加工工序。

NC控制完成復(fù)雜的幾何形狀

    機(jī)電軸系統(tǒng)的柔性也說明灰鑄鐵軸承半殼體加工的情形。通過NC程序的控制，即便是復(fù)雜的加工，也無需更換刀具或在三個(gè)步驟中進(jìn)行暫停。先從第一個(gè)棱角開始預(yù)車削加工，然后加工成由兩個(gè)球冠所組成的幾何形狀。這要求在其中心點(diǎn)契合刀具軸。最后，就要進(jìn)行類似于棱角的加工，來加工半殼體的另外一端。在半開放的殼體倒棱上，180°中斷式走刀的方式對(duì)軸系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出很高的要求(圖3)。

圖3 在半開放的殼體倒棱上，180°中斷式走刀的方式對(duì)軸系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出很高的要求

    粗加工是采用陶瓷刀片進(jìn)行的，其切削速度為700m/min，在切削深度為2mm時(shí)進(jìn)刀0.16mm。隨后，采用多層硬質(zhì)合金刀片進(jìn)行精加工。在此，切削290m其進(jìn)刀為0.12mm，最大切削深度為1.5mm。所要求的Ra值小于1mm，兩個(gè)軸承接合面的位置誤差與參照點(diǎn)相比小于0.02mm。這兩方面的要求都得到了滿足。此外，采用叉形刀具使得U軸可以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)，從而為用戶節(jié)省大量的時(shí)間和成本，并適應(yīng)于軸承半殼體的巨大變更要求。在有其他要求的情況下，這極大地縮短了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間。此外，只采用一種刀具就可以柔性加工各不相同的軸承半殼體，這一點(diǎn)也節(jié)省了大量昂貴的成型銑刀。

運(yùn)用專門的材料和刀具技術(shù)

    具有高技術(shù)含量的另一種形式的創(chuàng)新式多功能刀具，就是用于GJV發(fā)動(dòng)機(jī)組中加工水封孔的特種刀具。GJV材料的特殊性能使得切削加工困難重重。對(duì)于這樣的要求，Komet集團(tuán)已經(jīng)開發(fā)出了一種新型的刀具，其預(yù)加工和成品加工都在一個(gè)工序內(nèi)完成。在四把穩(wěn)固于端面的轉(zhuǎn)位式刀片刀具中，有兩把可以借助于微調(diào)功能實(shí)現(xiàn)微米級(jí)的調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)位式刀片上的導(dǎo)向棱角，可縮小刀具由于大切削力和鑄鐵材料位置誤差而產(chǎn)生的偏差。采用其他的轉(zhuǎn)位式刀片，可以加工出一個(gè)包括棱角在內(nèi)的所屬平面(圖4和圖5)。

圖4 Komet集團(tuán)的組合刀具，可在一個(gè)工序內(nèi)完成預(yù)加工和成品加工

圖5 在四把穩(wěn)固在端面的轉(zhuǎn)位式刀片刀具中，有兩把可以借助于微調(diào)功能實(shí)現(xiàn)µm范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)

    如今，這樣的刀具已被運(yùn)用在批量生產(chǎn)之中，其切削參數(shù)為Vc=120m/min和Vf=340mm/min。這樣的進(jìn)刀特性明顯優(yōu)于GG加工中所使用的刀具。此外，只需兩個(gè)工序就可達(dá)到質(zhì)量要求。從經(jīng)濟(jì)的角度來看，按50m標(biāo)準(zhǔn)切削行程計(jì)算，雖然技術(shù)成本昂貴的刀具需要耗費(fèi)將近五倍的購(gòu)買成本，但是可明顯降低加工水封孔所需的整體成本。

    對(duì)載重汽車制造商來說，成本節(jié)省主要在起始階段。此時(shí)采用這些刀具來加工GJV和GG混合的發(fā)動(dòng)機(jī)組可節(jié)省約65%。隨著GJV比例增加，成本的節(jié)約更加明顯。在上述計(jì)算中，還沒有考慮使用期限已經(jīng)提高了3倍。刀片折斷的事件此后再也沒有發(fā)生過，進(jìn)一步說明了工藝過程的安全性有所提高。