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案例分析丨超实用的复杂刀具加工方式,值得你收藏!

刀具界2020-09-08 11:57:12

  复杂刀具通常是由刀具廓形及其公差要求共同定义的,你必须综合考虑这两方面的参数。如果需要磨制的刀具几何廓形比较简单,虽然其尺寸公差小至千分之二或千分之三,加工起来也并不太困难。然而,如果刀具廓形比较复杂,即使其公差要求并不高,也应将其归入复杂刀具之列。

在Star公司采用直线电机的PTG-6L工具磨床上磨制立铣刀刀尖的特殊几何刃形

  磨床制造商Rush机械公司认为,多功能复合刀具可能会采用能完成多种加工用途的几何刃形,因此也属于复杂刀具。

  刀具和机床制造商Star刀具公司将复杂刀具的定义扩展到包括任何超出正常范围的刀具。他们认为“复杂刀具”通常具有多个直径,其公差要求也比现成的标准刀具更为严苛。其客户主要在汽车制造业,使用的刀具范围较广,因此任何超出常用范围的刀具肯定都属于复杂刀具。

磨削软件

  虽然人们对磨削复杂刀具廓形时什么因素最重要还有一些不同看法,但在讨论这一问题时,磨削软件总是占据着重要地位。你必须确保磨削软件的功能与磨床相匹配。我们希望自己的用户花时间设计刀具,并用NUMROTO软件进行三维仿真,以避免浪费昂贵的硬质合金刀坯。

  磨床通常不会成为问题,所有刀具制造商都有五轴或六轴数控工具磨床,这些磨床能对你所能想到的最复杂的几何刃形进行插补加工。真正的问题在于:磨削软件是否具有加工某种几何刃形的能力?磨削出的刀具是否具有良好的一致性?

  联合磨削公司的工具磨床使用的专有磨削软件可将刀具的CAD图纸输入磨床,并载入走刀路径。该磨削软件的一个突出特点是采用了专门开发的刀具形状补偿(FTC)修正软件。它可将该公司的Helicheck数控测量机中的数据馈入磨床数控系统。

Walter公司的Helitronic Vision工具磨床可磨削加工旋转对称型刀具和具有复杂几何形状的零件

  如果刀具廓形存在超出规定(预设)公差范围的形状偏差,Helicheck测量机就会对刀具廓形的形状进行修正,而FTC软件会把修正后的形状发送给磨床。数控工具磨床的加工精度通常为±10µm。如果我们定期对磨床进行检测,不仅可以确定一些变量(如磨轮的磨损),还能将尺寸公差减小到±3µm。

  此外,虽然过去一直把刀具的设计和生产视为各自独立的流程,但客户对重复性的高要求已使刀具设计与磨削工艺越来越一体化。Star刀具公司希望创建一个准确的仿真模型,然后将仿真结果尽快送到加工车间。其目标是:从头至尾始终保持对加工过程的控制,而无需将加工任务从一个加工点转移到另一个加工点。

磨削砂轮

  当然,砂轮也是磨制复杂刀具的关键要素。显而易见,你希望所用的砂轮具有良好的形状保持能力和很高的材料去除率,并经过精确的平衡,具有很小的轴向和径向跳动。这意味着,你需要磨制的刀具也会影响磨削工艺。例如,小直径刀具比较脆弱,能承受的砂轮压力有限,因此你不能像磨削大直径刀具那样对砂轮大力施压。大直径刀具的公差相对比较宽松,因此可以采用较大的磨削参数,以获得更高的材料去除率。

  选择砂轮时还要考虑刀具的几何形状,并确定合适的磨料粒度、芯材和结合剂。磨削复杂刀具廓形时,砂轮本身变得至关重要。你需要使砂轮各部位都保持精度,且刀具的几何刃形越复杂,砂轮参与加工的部位也越多。

  如果同一把刀具中有多种刃形和廓形,砂轮进入其中并完成加工可能相当棘手。这就是我们希望由客户来选择砂轮的原因。虽然通常磨床上带的软件可为选择砂轮提供一些帮助信息,但在设计刀具时,一旦确定了刀具的材料和要求达到的表面光洁度,通常也就决定了需要使用的砂轮。

在磨削圆刀具刀槽时,Radiac公司的STARTEC XP-P砂轮可有效保持廓形、减小刀具变形、降低机床负荷和缩短加工时间

  主要的考虑因素,归根到底就是客户应该使用什么样的砂轮。许多客户没有砂轮修整设备,他们也不打算投资购买此类设备。在这种情况下,我们通常建议先用树脂型砂轮粗磨刀具廓形,然后再用另一个制造商提供的电镀砂轮进行精磨,因为这种砂轮可以磨制出高精度的刃形。另一方面,如果客户具有砂轮修形能力,我们将建议其采用其他类型的砂轮,因为这些砂轮磨损后可以重新进行修形。此外,为了保持砂轮的磨削精度,采用金属结合剂或铜结合剂的砂轮效果最佳。

  在某些情况下,可能需要在一台老式磨床上加工一种重要刀具。因此,在选择砂轮时,需要了解磨床的局限性。如果采用新型磨床,则可以充分利用砂轮生产商提供的最新技术。

刀具毛坯

  在磨削加工包括复杂刀具在内的所有刀具时,刀具毛坯都是一个有时会被忽视的重要考虑因素,而在磨削复杂廓形刀具时尤其如此。刀具毛坯必须具有尽可能小的跳动误差。工具磨床、主轴刚度、砂轮质量、毛坯夹持和支撑方式都很重要,但如果毛坯本身制备不良,其他这些要素也很难发挥优势。

  越来越多的刀具制造商在磨削刀具廓形之前,先要对毛坯进行减小外径的剥皮磨削,该工艺使制造商能量身定制小批量刀具毛坯,从而缩短加工时间。

  毛坯制备是用标准工具磨床磨制刀具的最大瓶颈。刀具的生产工序本来就很多,使毛坯具有合适的外径还需进行很多额外的加工。对刀具毛坯进行合理制备可以大大缩短在工具磨床上的加工时间。

Reinecker公司的WZS 700型工具磨床配备了砂轮更换装置,可在一次装夹中完成剥皮磨削和廓形磨削

操作人员

  然而,磨床、砂轮和加工软件的所有技术进步都不能代替操作人员的加工经验。虽然设计和仿真软件对于刀具生产十分重要,但要确保能以最合适的磨削速度和进给率磨制刀具,往往取决于操作者的经验和发现最佳状态的能力。这种能力可使砂轮发挥最大磨削效能,但又不会发生破损或加工出不合格的刀具。

  处理刀具与砂轮的接触界面可以说是整个加工中最重要的部分。这的确需要训练有素的操作人员。你可以拥有世界上最好的机床和原材料,但人的因素可以决定加工的成败。

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