多功能刀具为钻孔加工赋予创新潜力

HEATS · 发表于 2010-9-12 11:12:34

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图1 在端面上对复杂的内外几何形状的粗加工和精加工组合，都是通过钟形精车削刀具来实现的

图2 在进行行星式车削时，不会产生通常在圆周铣加工中出现的不光滑表面

图3 在半开放的壳体倒棱上，180°中断式走刀的方式对轴系统的稳定性提出很高的要求

图4 Komet集团的组合刀具，可在一个工序内完成预加工和成品加工

图5 在四把稳固在端面的转位式刀片刀具中，有两把可以借助于微调功能实现µm范围内的调节

钻孔刀具的多功能性，意味着可以将实心钻和扩孔钻加工以及组合刀具成品加工中的不同工序进行组合。属于此类工艺的还有铣削加工、扩镗加工或穿孔加工，以及复杂轮廓和螺纹的加工制造。

Komet集团提供的创新式组合、最新加工工艺和柔性机电系统，能够减少工艺加工的基本时间和辅助时间，也能够在加工中心上实现特种机床和车削机床的加工功能。正如实践所表明的那样，属于这方面的内容还有：对工艺过程的整体考察，以及如何将与材料和构件相关的专门加工知识纳入其中。

现在看来，除了所使用机床的机械和控制技术特性外，加工过程中如何排除切屑这一问题主要取决于加工手段——即所用刀具的品质如何。最新的技术发展为刀具生产赋予了创新的潜力。

这意味着应用最现代化的刀具，或者将不同的工序集成到一件或尽可能少的刀具上，就可以减少工艺加工的基本时间和辅助时间。新型的切削工艺，如行星式车削或采用更换式的KomTronic-U机电轴系统都有助于通过加工中心实现特种机床和车削机床的各种加工功能。

主刹车缸实例中的加工变通方案

与各种构件要求以及用户特别要求的机械特性相一致，Komet集团提供了对工艺和刀具进行组合的各种可能性。其中的一个实例就是主刹车缸的加工。一般而言，这种铸铝部件要求尽可能地采用不同的刀具和加工手段。

在端面上对复杂的内外几何形状的粗加工和精加工可以通过钟形精车削刀具进行组合(图1)。进行主钻孔加工时，双刃式可换刀片钻头KUB Duon以及KUB Centron硬质合金钻头都是经常使用的标准刀具。作为可选方案，Komet集团还提供了能在一道工序中完成内孔加工和预钻孔加工的组合式刀具。

采用加工中心进行车削

为了通过柔性加工中心实现复杂构件的加工，内孔中的轮廓如孔中的槽加工通常都是通过行星式车削来完成的。新技术同时也开拓了其它途径，即可以借此通过加工中心实现车削加工。

行星式穿孔车削是一种新型工艺。Komet集团早在三年之前就着手研制此项新工艺，现在已经证明这是明智之举。行星式穿孔车削的原理正好与在车床上进行穿孔车削的原理相反。在车削时，静止不动的不是刀具，而是工件。刀具在静止不动的工件上，围绕着它走出一条由控制器所产生的行星式内插补环行轨道。

因此，在环行轨道上的每一点，刀刃都垂直于缸的切线。所以，在围绕工件循环期间，刀具自身只有一次围绕着自轴的旋转。在进行行星式车削时，不会产生通常在圆周铣加工中出现的不光滑表面。但若单从机床方面来看，这要求相应的机械和控制技术作为前提条件(图2)。

在某一孔中进行扩镗加工或穿孔加工的另一种可能性是采用KomTronic-U机电轴系统。该系统由一个复杂的、带滑板的车端面头架和一个带有伺服电动机和螺纹轴的自传动器组成。其运动线路从机床方面来说是可以自由编程的，并且可以借助于集成式测量系统实现电子监控。此外，可以自动更换的U轴系统还可以在某一加工中心上用于其他的加工工序。

NC控制完成复杂的几何形状

机电轴系统的柔性也说明灰铸铁轴承半壳体加工的情形。通过NC程序的控制，即便是复杂的加工，也无需更换刀具或在三个步骤中进行暂停。先从第一个棱角开始预车削加工，然后加工成由两个球冠所组成的几何形状。这要求在其中心点契合刀具轴。最后，就要进行类似于棱角的加工，来加工半壳体的另外一端。在半开放的壳体倒棱上，180°中断式走刀的方式对轴系统的稳定性提出很高的要求(图3)。粗加工是采用陶瓷刀片进行的，其切削速度为700m/min，在切削深度为2mm时进刀0.16mm。随后，采用多层硬质合金刀片进行精加工。在此，切削290m其进刀为0.12mm，最大切削深度为1.5mm。所要求的Ra值小于1mm，两个轴承接合面的位置误差与参照点相比小于0.02mm。这两方面的要求都得到了满足。此外，采用叉形刀具使得U轴可以实现快速调节，从而为用户节省大量的时间和成本，并适应于轴承半壳体的巨大变更要求。在有其他要求的情况下，这极大地缩短了产品投放市场的时间。此外，只采用一种刀具就可以柔性加工各不相同的轴承半壳体，这一点也节省了大量昂贵的成型铣刀。

运用专门的材料和刀具技术

具有高技术含量的另一种形式的创新式多功能刀具，就是用于GJV发动机组中加工水封孔的特种刀具。GJV材料的特殊性能使得切削加工困难重重。对于这样的要求，Komet集团已经开发出了一种新型的刀具，其预加工和成品加工都在一个工序内完成。在四把稳固于端面的转位式刀片刀具中，有两把可以借助于微调功能实现微米级的调节。转位式刀片上的导向棱角，可缩小刀具由于大切削力和铸铁材料位置误差而产生的偏差。采用其他的转位式刀片，可以加工出一个包括棱角在内的所属平面(图4和图5)。如今，这样的刀具已被运用在批量生产之中，其切削参数为Vc=120m/min和Vf=340mm/min。这样的进刀特性明显优于GG加工中所使用的刀具。此外，只需两个工序就可达到质量要求。从经济的角度来看，按50m标准切削行程计算，虽然技术成本昂贵的刀具需要耗费将近五倍的购买成本，但是可明显降低加工水封孔所需的整体成本。

对载重汽车制造商来说，成本节省主要在起始阶段。此时采用这些刀具来加工GJV和GG混合的发动机组可节省约65%。随着GJV比例增加，成本的节约更加明显。在上述计算中，还没有考虑使用期限已经提高了3倍。刀片折断的事件此后再也没有发生过，进一步说明了工艺过程的安全性有所提高。

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