自 20 世紀 80 年代末以來,硬車削取代磨削加工的例子已經(jīng)有很多的記載只逐。諸如單件成本低咆瘟、工藝柔性和環(huán)保等優(yōu)勢通常被用于闡述采用硬車削的理由温鸽。硬車削持續(xù)地以可喜的兩位數(shù)增長瓤鼻。在大多數(shù)“世界級”制造組織中,硬車削已經(jīng)以這樣或那樣的形式被接受和實施秉版。作為一種被接受的加工技術(shù),期望硬車削取得的進展是與所有其它加工工藝一致的。為了保持競爭力,削減每個零件總成本的壓力不斷地向生產(chǎn)施加茬祷。因此高生產(chǎn)率加工現(xiàn)在正是 PCBN 刀具發(fā)展的驅(qū)動力清焕。山高刀具公司 Michael Fleming 的這篇論文著眼于諸如插車和修光刃技術(shù)等高效刀具理念并揭示了這兩種理念的機會。通過使用實際加工案例和表面粗糙度祭犯、加工節(jié)拍秸妥、精度的比較,突出了這些不同加工理念的實際能力。

硬車削是一種被接受的精加工淬硬工件材料的加工工藝沃粗。與其它加工技術(shù)相比,它具有柔性粥惧、高效和經(jīng)濟性好的特點。自從它推出以后,隨著機床制造商協(xié)助最盅、 PCBN 新材質(zhì)等級的研發(fā)和刀具制造方法的改進,硬車削不斷獲得顯著的性能提高突雪。

傳動零件是容易進行硬車削的,而本文中的汽車同步嚙合齒輪使用不同的刀具理念進行加工。該零件不同加工的數(shù)量突出了使用的不同理念的優(yōu)勢和局限性涡贱。

盡管幾年前硬車削的選擇是相當有限的,但將如本文所示,今天可供選擇的數(shù)量很多掠北。因此,加工工藝應該圍繞用戶的需求、機床的技術(shù)根據(jù)用戶的產(chǎn)量進行設計翎女、這是非常重要的铲锭。

硬車削基本技術(shù)

當談到硬車削基本技術(shù)時,參考基準是在標準的刀桿上使用標準的 ISO 刀片幾何角度來加工淬硬零件,生成需要的零件廓形。加工過程通常涉及多種加工,如車內(nèi)孔誉梳、車端面、反車端面和車削同步嚙合齒輪的錐面兰险。自從這能一次裝夾完成加工后,與磨削相比,直接的好處是減少了因位置精度超差而報廢的零件骇俏。尺寸精度和表面粗糙度可通過調(diào)整加工參數(shù)而得到滿足天殉。零件夾持和機床穩(wěn)定性也有很重要的作用。自20世紀80年代末以來,這種技術(shù)已經(jīng)使用得非常成功,而且繼續(xù)是代替磨削加工的基礎(chǔ)北郁。

高生產(chǎn)率加工技術(shù)

對于所有發(fā)展中的技術(shù),一旦基本概念已經(jīng)被接受,不可避免會出現(xiàn)改型的理念靡鞭。就硬車削而言,當前強調(diào)提高生產(chǎn)率。很有趣的是,一種工藝是低進給加工,大家期望的另一種工藝是高進給精加工技術(shù)用劲。

插車技術(shù)

插車實質(zhì)上是使用相當一部分的切削刃長度來生成加工表面蜘辕。這個理念不是完全新的,因為它已經(jīng)被非常成功地用于插車發(fā)動機缸蓋的閥座。但是,隨著世界上第一款且目前唯一的用于精加工的整體式 PCBN 材質(zhì)等級 CBN100的開發(fā)成功,插車的理念擴張到了其它應用領(lǐng)域炉奴。整體式 CBN100 的經(jīng)濟性好出很多,譬如一片三角形的刀片為插車提供六個切削刃,這使得該產(chǎn)品對于插車加工和傳統(tǒng)車削技術(shù)都非常理想逼庞。

與傳統(tǒng)硬車削相比,主要優(yōu)勢是縮短加工節(jié)拍,大概在 75 到 90% 之間。該工藝依靠很多關(guān)鍵因素:首先,為獲得良好的表面粗糙度和最長的刀具壽命,刀片切削刃的質(zhì)量非常重要瞻赶。它也是提高切削速度和降低進給量所必須的赛糟。這減少了切削力,確保極佳的尺寸精度。為了維持尺寸精度,在切削的最后 2 到 3 轉(zhuǎn),刀片允許沒有進給砸逊。為了避免切削刃廓形影響表面粗糙度,作了一個小的軸向移動璧南。隨著這些技術(shù)的應用和有一個良好的機床設置,獲得一致性很高的表面粗糙度和零件精度是可行的。在齒輪車削中,插車已經(jīng)被用于加工齒面和同步嚙合錐面师逸。已經(jīng)用 PCBN 插車加工的最大長度是 16mm 司倚。

修光刃技術(shù)

修光刃技術(shù)在硬質(zhì)合金刀具中被嘗試和試驗。使用修光刃刀片的優(yōu)勢是在更高的進給量下的加工能力篓像。

修光刃的原理

實際上修光刃的原理就是在刀尖圓弧之后放置一個大圓弧或一系列大圓弧动知。由于接觸區(qū)域更寬且縮小硬車削生成的表面粗糙度的波峰和波谷的比值,這使得刀片具有與大圓弧或圓刀片相同的效果。這也使得進給量增加后表面粗糙度不會變差遗淳。

隨著刀具制造技術(shù)的進步,把這個原理用于 PCBN 刀片是可行的拍柒。把修光刃技術(shù)用于硬車削的好處有兩個方面:首先是提高生產(chǎn)率,其二是縮短接觸時間并提供更長的刀具壽命。在齒輪加工中,修光刃刀片通常被用于加工內(nèi)孔止既。

PCBN 修光刃技術(shù)方面最新的進展之一是 Secomax CBN100 Crossbill修光刃刀片的開發(fā)柔朽。這種獨特的刀片把整體式 PCBN 和分左右手的修光刃設計的優(yōu)勢結(jié)合在一起。直到最近,整體式 PCBN 刀片上的修光刃設計使其朝向臺階加工的能力收到限制核瘤。這是由于一個切削刃上的修光刃設計與對邊刀尖圓角的設計相反精杜。CBN100 Crossbill刀片的推出已經(jīng)解決了這個問題。CBN100 Crossbill既供應右手型式也供應左手型式的刀片涉泡。它能用于朝向臺階的軸向車削(充分利用修光刃技術(shù)),而且歸因于這種設計,它還能加工出完美的圓弧澳缴。

應用高生產(chǎn)率技術(shù)

修光刃和插車工藝能被用于一系列不同的大批量生產(chǎn)應用領(lǐng)域。在齒輪車削中,插車和修光刃的結(jié)合通常是最佳的解決方案政茄。包括尺寸精度和表面粗糙度在內(nèi)的典型同步嚙合齒輪烧晤。

第一個關(guān)鍵的地方是同步嚙合齒輪的錐面。對于加工這個表面,有三個選擇:(i)傳統(tǒng)車削,(ii)插車,(iii)修光刃技術(shù)彭闷。

傳統(tǒng)車削是一種試切法,而且作為與插車和修光刃技術(shù)相比較的基準愈樱。在傳統(tǒng)車削中,使用的切削速度和進給量分別為150 - 200 m/min 和 0.1 mm/rev 芳企。如前所述,成功的插車依靠提高切削速度和降低進給量。

使用的刀片是一種具有負角槽型的整體式Secomax CBN100 三角形刀片,每個刀片提供六個切削刃初之。在插車加工中,刀具位置精度是至關(guān)重要的,因為它將被復制到工件上造过。在加工錐面時,需要使用特別‘定制’的刀桿來提供 6.5的錐度,錐度的最終調(diào)整需要在機床上完成。

插車的主要好處在于縮短了加工節(jié)拍扎唾。插車的進給量為 0.04 mm/rev 召川、切削深度在 4 轉(zhuǎn)加上極小的空進給共計接觸時間 0.04 秒內(nèi)完成,而傳統(tǒng)車削需要 4.96 秒,差距超過 100 倍。

除了加工節(jié)拍提高之外,插車還有其它好處胸遇。表示刀尖圓弧半徑對表面粗糙度的總體影響荧呐。如期望的那樣,刀尖圓弧半徑越大,表面粗糙度越好。令人感興趣的是,與傳統(tǒng)加工相比,插車通常產(chǎn)生好得多的表面粗糙度狐榔。

已加工表面殘余應力的分析也已經(jīng)顯示插車具有確實的好處,取決于許多因素,諸如切削刃狀態(tài)坛增、加工參數(shù)等。已加工零件的整個表面處于壓應力狀態(tài)是可行的薄腻。對于承受動載荷的零件,這當然是令人感興趣的收捣。這方面已經(jīng)進行了深入的研究,超出本文的范圍。插車的表面還去除了與螺旋表面相關(guān)的影響表面粗糙度的問題,傳統(tǒng)車削生成螺旋的刀具軌跡庵楷。

在錐面上使用修光刃技術(shù)是當與傳統(tǒng)車削相比需要縮短加工節(jié)拍時的一種選擇罢艾；但是這將要求把刀片調(diào)整到與錐度一致以確保修光刃效果的有效性。

齒輪的內(nèi)孔加工使用傳統(tǒng)刀片和修光刃刀片都可以尽纽。正是內(nèi)孔長度的原因,使得插車不能成為一個可行的方案咐蚯。使用修光刃刀片的主要好處是提高余量的切除率而不影響零件的表面粗糙度。在較低的進給量下使用修光刃刀片很少或沒有優(yōu)勢,依靠修光刃的設計,進給量能比傳統(tǒng)車削高三倍,它有兩種潛在的優(yōu)勢披贰。首先縮短加工節(jié)拍,其次,更少的接觸時間提供潛在的更長的刀具壽命须涣。

使用修光刃原理的一個變通是使用刀尖圓弧半徑更大的刀片,如圓刀片。而這種變通對于通孔或通行無阻的外圓車削是可接受的,加工時碰到臺階是不行的,限制了它的應用臣碟。

使用修光刃或者圓刀片都具有更大的接觸面積,確實提高切削時的壓力,但由于硬車削的切削力較低,這通常不會出現(xiàn)達不到尺寸精度的問題盐腻。

通常,最后加工的是前端面和/或后端面。所有三種選項都是可行的,而且當然因為面積小,加工節(jié)拍在所有情況下都較低,可是仍然存在通過應用插車技術(shù)來最小化切削時間的機會踊眠。

在工業(yè)應用中,把現(xiàn)有技術(shù)和生產(chǎn)需求結(jié)合在一起是重要的,展示了一個傳動件制造商的優(yōu)先選擇揽券。整體式 CBN100 進行插車被用于錐面和前端面,內(nèi)孔的加工使用 CBN100 修光刃刀片,而后端面的加工使用傳統(tǒng)幾何角度的 CBN100 修光刃刀片。

結(jié)論

通過把汽車同步嚙合齒輪作為案例,作者已經(jīng)展示了如何在一次裝夾完成傳統(tǒng)硬車削的多個加工工序,提供更高的位置精度以及縮短加工節(jié)拍布缨。這種工藝與更傳統(tǒng)的磨削技術(shù)相比,磨削沒有柔性豆牺、需要幾臺磨床才能完成零件加工,保持位置精度要難得多。結(jié)果,趨勢是朝著通過 PCBN 硬車削來精加工零件的方向發(fā)展柜涛。

隨著業(yè)界非常強調(diào)通過縮短加工節(jié)拍來提高生產(chǎn)率,本文討論的兩種新的加工技術(shù)作出了重要的貢獻翎桨。雖然兩種技術(shù)都有一些限制,但已經(jīng)證明當零件幾何角度允許使用插車和/或修光刃技術(shù)時,加工節(jié)拍明顯改善并因此提高生產(chǎn)率。

Mike Fleming 山高刀具公司

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