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精密零件加工技術-現代小型精密零件加工技術
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2012/8/15 9:48:44
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現今,寬大零件加工廠對付不停傳來的有關制造業的壞消息,已經屢見不鮮了:諸如販賣降落、員工下崗、外來競爭加劇等等。但是,在精密制造業范疇,環境卻與此截然相反:加工廠的運行出現強勁勢頭。有人聲稱這種征象是金屬切削加工業一個不行逆轉的生長趨勢。這些趨勢包羅:品種繁多的小型零件、精密東西技能和"按訂單大批量生產"。針對這種需求,開辟出了瑞士切削加工技能。

這種范例的東西和制造技能,最緊張的是突出一個"小"字。僅僅用公差嚴格來形貌這類加工是不夠充實的。remco swiss公司的工長steve barani說:"不精確的刀具不能在這種加工中利用,比方0.125mm的公差是不夠用的。"該公司總裁vince robisch認為0.125mm的公差完全不行。

為了闡明他的見解,robisch總裁以一個直徑為1.575mm的微型螺釘為例作了介紹,該螺釘是用鈹青銅棒料車成,車削該螺釘時,刀具應緊靠導套,其距離不高出0.508~0.635mm,否則會將質料頂彎。

robisch認為,瑞士式車削法是加工小型零件的唯一要領,別的型式的機床都無法勝任。這種加工有下述兩個特點:(1)有牢固導套;(2)有軸向活動式前頂尖座。和平凡車床差異之處是,瑞士式加工車床沿z軸的移動由工件完成,刀具則沿x軸作徑向活動。除了刀具和工件的布局形狀外,連結精度的一個緊張方面是刀具/工件的觸點要只管即便靠近機床導套,一樣平常為0.635~1.016mm。具體大小取決于工件直徑,直徑小時,其距離要短些。

robisch總裁認為,加工中,牢固導套加上緊貼厥后的刀具--刀具絕不能遠離導套。這兩個條件合起來,就可取得高精度。機床頭架則帶著棒料來回移動,使工件議決刀具舉行切削。

圖1 remco swiss公司在瑞士式螺紋車床上生產的零件
(零件高度為2~17mm)
cox制造公司總裁bill cox指出,一方面導套對瑞士式加工至關緊張,但另一方面,它也帶來了不少問題。這是由于工件長徑比變革所致。這種征象在利用成形棒料(如正方形和六方形截面)時尤為突出。成形棒料在導套中運轉時,孕育產生的車削不勻稱性要比無導套的牢固頭架式機床緊張。

呆板式和數控式機床的選擇

瑞士式加工用的機床,可分為凸輪式和數控式兩種。凸輪式機床又可細分為兩種:一種是平凡型的"工件轉動式",另一種則是"工件牢固式",刀具繞工件旋轉的螺旋進給式車床。

在remco公司,工件旋轉式的凸輪機床,遠遠多于昂貴的數控機床,數量約為4∶1。同時,像浩繁瑞士式加工工廠一樣,remco公司偏向于接納專用刀具和專用凸輪。該公司總裁robisch聲稱,我們不接納現成的通用刀具,接到一個新零件的訂單,我們就計劃專用刀具,這些刀具只為這個零件辦事。完成任務后,把刀具生存起來。下次又有同類零件必要加工時,就不必重新計劃刀具,用戶也不必再付刀具費用。

cox制造公司認為,凸輪式制造工藝迄今仍很實用并具有生命力的緣故原由是,20年前用舊工藝制造一組凸輪,既不精確,費用也高。現在天的凸輪用專用軟件計劃,在數控機床上加工,既精確又經濟,可以說是數控技能提高了凸輪式機床的成果。

bay swiss制造公司的工長dave branvold指出,瑞士式加工刀具的特點,除了小型外,還必要有較大的后角,以減小切削壓力,使刀具不致于蒙受過多的摩擦力。否則,棒料有大概卡在導套里。這種刀具的第二個特點是必要正前角。直到近來幾年,人們不接納可轉位刀片,其緣故原由是饜足不了上述要求,這就迫使加工廠不得不用硬質合金刀坯自行磨制切合的刀片。現在,由于可轉位刀片布局性能的改進,利用已日漸增長。

圖2 種種車削用的瑞士式可轉位刀片
(現已生產提供)
(圖中上排自左至右為:35°仿形、直角、切槽、精切兼55°仿形和仿形車削用刀片。下排自左至右為:直角和斜角堵截、夾頭端切螺紋、帶側隙的反面車削、切槽、切螺紋和后支座端斜角堵截)

branvold提到的環境,在瑞士式加工中不是個別征象。許多加工廠都認為最輕便的步伐是用釬焊式硬質合金刀具,自行磨出切合的角度。branvold、robisch和cox制造公司都強調,他們在加工中必要專用刀具。cox制造公司認為,我們的刀具是專為特定用途磨制的。

stellram東西公司的技能經理david wills對上述環境表現明白。他說:"我們不停和這一加工范疇連結著討論。作為從歐洲過來的一家專業工廠,我們的優勢在小型車削加工方面。本公司不停尋求在恰當的范疇里資助用戶:倘若用戶在其他東西提供商那邊辦理不了問題,我們愿與之相助,提供辦事。我們的研發部門會資助其改進質量和收縮工時。"
對東西提供商來說,瑞士式刀具增長最強勁的部門是在數控加工范疇。瑞士式加工中的數控機床和凸輪式機床差異之處在于:刀具緊張接納涂層可轉位刀片。cox制造公司聲稱,在瑞士式數控加工中,我們多數接納可轉位刀片。

micro-matics公司總裁dick reiling指出,他并不認為有朝一日全部從事瑞士式加工的工藝人員都市制止自制刀具。但是他承認,我們正在試著只管即便接納可轉位刀具。只管它們很貴,但刀具磨損后變更輕便,工時喪失很少。

市場在增長

是什么力量使瑞士式加工得到不停增長?stellram東西公司的技能經理david wills認為,這是高新技能產業拉動了瑞士式加工的生長。零件日益向尺寸小、重量輕生長,非老例質料的利用也日漸增多,精度要求也很高。一些瑞士式加工的配置提供商表現:近來兩年,他們的業務量增長了45~50%,而其他任何機床提供商是不行能在兩年內到達50%的增長。

圖3 瑞士式數控車床用的小型可轉位刀片
centary東西和計劃公司的副總裁raymond koontz同意上述見解。他認為,高技能范疇的需求,特別是謀略機產業對精密不銹鋼零件的需求,是瑞士式加工增長的最大緣故原由之一。

比方,在一種雙向打仗開關上,有兩個零件可作為接納瑞士式加工制作的浩繁零件的代表。一種是用于根部通道的鈦合金插件,另一種是液壓體系的鋼制針形閥。它們的特點是細而長且又很精密的零件,內徑公差要求0.01mm,外徑公差要求在0.0076mm。

在裝備著瑞士式螺絲車床的工廠里,生產上述類似零件的批量為1000~500000件,偶然批量更大。單件工時低達6.5秒。這種瑞士式加工一樣平常都在專門化的工廠中舉行,而且通常在第一次走刀就切除90%的留量。這樣做的好處是能在長工件加工中連結同心度,并省去磨削等精加工工序。

然而,瑞士式加工的質量要到達高水平是有條件的:首先是工件毛坯棒料要圓而勻稱。要是棒料有毛病,就會反應到工件上。以是,按瑞士式質量尺度生產的銅、鋼和不銹鋼棒料,加嚴了公差,饜足了勻稱劃一的要求。但瑞士式質量尺度的冷拔棒料,并無現貨提供。可以用平凡冷拔鋼加一道去表皮磨削加工來包管其圓度。這樣,費用要增長15~20%。


lombord swiss screw公司是一家瑞士式加工廠。它車削紫銅、黃銅、磷青銅、鋁、含鉛鋼、易切鋼、300和400系列不銹鋼和鎳鉻鉬合金(8620s)等。該公司總裁bernie seewald發明,刀具壽命隨工件光潔度要求而變,而質料變革的影響更大。比方,一把刀具加工同樣的零件,質料為不銹鋼時能切2000件,質料為易切紫銅時能切3000~4000件,而質料為黃銅時到達20000~50000件。seewald說:“由于303和416系列不銹鋼很難切削,以是我們接納carpenter project70系列不銹鋼,它比力容易切削。刀具一樣平常接納micro 100硬質合金釬焊式刀具,用金剛石砂輪修磨角度。別的,也接納tin涂層的可轉位刀片。”

刀具的壽命與工件的布局計劃也有關。比方,加工直角臺肩和轉角,其刀具壽命就比加工圓角低。對某些質料的直角零件,其刀具壽命只1000件。

由于瑞士式加工的機動進給是左旋的,以是種種刀具包羅鉆頭、鉸刀等必須是左切削的。這就使刀具成為非老例品種。比方左切削鉸刀就沒有穩固的現貨提供,利用廠不得不自制。

在瑞士式加工中,還必須過細刀具和工件之間、工件與機床之間的相互影響。比方,在加工中利用夾頭內置導套雖有助于車削長型零件,但在加工小直徑零件時,由于切削地區的導熱本領受到限定,熱膨脹的影響就成為問題。以是要限定切削速度,以免孕育產生過多熱量以致把工件焊住在導套里。比方,加工直徑3.175mm,長度為50.8mm的零件,其切削速度必須在27.4m/min以下。

在瑞士式加工中,只管新型機床都是數控的,但預計凸輪式機床仍占60~70%。縱然是數控機床,也是用來加工小型零件,一樣平常棒料最大直徑不高出31.75mm。過大的棒料會造成裝卸困難。比方,直徑大至50.8mm,長度為3658mm的毛坯,由于笨重,以是裝卸困難。別的,大尺寸零件要連結嚴格的公差,就要付出高昂的價格,這也可以說是對瑞士式加工零件尺寸大小的一種內在限定。

當前在瑞士式加工范疇中,正面臨著操作人員、調解人員和編程人員的緊張短缺。除了人員短缺外,瑞士式加工中機床的調解和編程也是一項困難的挑釁。通常一臺cnc機床加工一種新零件,其調解時間長至8小時,內容包羅多至16把刀具和多達7軸的刀具路徑及其精確依次運作的擺設,以及棒料進給器的調解,最終確保加工出合格的零件。

rose培訓體系公司的steve rose說:"尺度的培訓周期是:培訓一名呆板操作人員至一級水平,即能操作瑞士式加工機床,約需2~3個月;培訓至2級水平,即能調解機床,約需9個月;培訓至3級水平,即學會編程,約需1年。"應該說,上述這些培訓還沒有包羅老式機床的凸輪計劃和制造所必要的技能和知識在內。而這些老式機床至今仍大量用于技能要求較低的零件生產。

圖4 帶螺紋的鈦合金植牙柱
(用作植牙擺設椿。這是lombar d swiss screw
公司的瑞士式加工代表產品)
以往,瑞士式加工工廠所利用的刀具是由硬質合金刀片焊接在鋼制刀桿上,以是這類刀具稱為釬焊或粘接式刀具。但比年來環境有所變革,許多東西制造商針對瑞士式加工的必要,推出了更多適銷對路的可轉位刀片品種。雖然釬焊式刀具的單件成本較低,而且可重磨10多次(乃至上百次),而可轉位刀片只能轉反復位后拋棄。但是,提高勞動生產率的必要使得瑞士式加工工廠增長了可轉位刀具的試用。whiz cut(美國)公司總裁tommy townsend指出了這種動向。他說釬焊式刀具需從機床上取下重磨,再把它重新裝上機床并調解到精確位置,這件事做起來要比可轉位刀具困難過多,而且取下、重磨、再安置調解時間長達5分鐘。可轉位刀具用鈍后轉個位置只需11秒鐘,而且連結刀具和工件的相對位置穩固。他認為釬焊式刀具已經是一種過時的技能。倘若把機床資助時間和勞動工時的喪失都思量在內,釬焊刀具的成本則高達1000美元。現在,東西廠商不停推出新的可轉位刀片,任何人都能選到實用的刀片。以是,人們開始不大利用釬焊刀具了。townsend末了指出:"隨著瑞士式車削加工的增長,以及瑞士式加工工廠消耗更多的可轉位刀片,在美國市場上這類刀具的需求趕快增長。我們已經擁有150家用戶,這個數字每天都在增長,遠遠高出了原來的預期。

manchester東西公司的瑞士式刀具生產部經理dave strobelt也認為:瑞士式加工每年都在增長。但就全美國的金屬切削市場而言,比重仍不到10%。只管云云,刀具制造商仍關注著這個潛在的市場。從生長趨勢來看,將會有越來越多的東西廠商提供為瑞士式加工辦事的專門刀具品種。

涂層刀片

manchester東西公司的瑞士式刀具生產部經理dave strobelt指出,由于涂層的利用,使可轉位刀片不但方便高效,而且在改進工件外貌光潔度、淘汰積屑瘤和改進切屑控制方面都卓有結果。manchester公司的雙頭刀片,經磨銳,并用pvd涂覆tin和ticn,使刀片在加工300系列不銹鋼時有效地警備積屑瘤的孕育產生。刀片上的斷屑器還可對這種不銹鋼切削時孕育產生的帶狀切屑予以控制。strobelt還指出,該公司生產的一種csv刀片,經精磨、拋光,到達鏡面光潔度,從而包管被切的工件外貌越發光潔。這一點對付小尺寸(直徑小于5mm)的醫療、牙科器件加工至關緊張。這種刀片對凸輪式和數控式機床都很實用。

stellram東西公司的wills也指出,小直徑和外形龐大是瑞士式車削加工零件的典范特征。這種零件加工時,要求東西廠提供的刀片顛末精致磨銳,利用時可不必對刀口作分外修整。他還指出,對瑞士式加工的場所而言,單涂層結果最好,過厚的涂層(5~6μ)反而不實用。

圖5 實用于凸輪式機床和數控機床上加工的可轉位刀具
(該刀具專為直徑5mm以下的精密、小型零件制造商辦事)
ntk東西公司的助理總經理noal buschmohle指出,涂層能延伸刀具壽命,以是,ntk公司販賣的瑞士式加工刀片90%都顛末涂層。只管公司反復強調,用戶自行重磨大概孕育產生裂紋、破壞和光潔度惡化等弊病,但仍有一些用戶風俗于自行重磨,為照顧這部門需求,本公司的出廠刀片有10%不涂層。
century東西公司的koontz除了同意涂層對延伸瑞士式刀具壽命非常緊張外,還特別強調切屑控制的須要性,特別是堵截刀。他認為,century的堵截刀片末了都開了條槽,用于"破壞"切屑。倘若沒有這條槽,切屑就會卷成q形,然后再折斷推出。這個進程使切屑擋住了冷卻油使之無法抵達刃口。而帶斷屑槽的刀片使切屑剛剝離就立刻被破壞,從而使切削油連續澆向刃口。

刀片基體

瑞士式加工的刀片,絕大部門都用細顆粒硬質合金作基體。
kyocero工業陶瓷公司的應用工程師brent lindsey說,在瑞士式加工中,有少量刀片接納金屬陶瓷和陶瓷。而刀具質料的選擇緊張取決于加工工序的環境和工件質料。

iscar金屬(美國)公司的技能培訓部主任mike gadzinski指出,瑞士式加工的刀片基體根本上都是硬質合金。金屬陶瓷刀片在高速條件下應用時,因為切屑流動輕快,可得到較好的工件外貌光潔度。但是,瑞士式加工機床的主軸轉速通常不夠高,以是更適于利用硬質合金刀片。在低于213m/min的速度下,金屬陶瓷無法表現其優勢。

manchester東西公司的瑞士式刀具生產部經理dave strobelt認為,涂層和基體的優化立室程度決定速度和進給量的利用水平。

stellram東西公司的技能經理david wills強調,細顆粒硬質合金基體對瑞士式車削非常緊張。但他又認為,刀具性能60%取決于涂層質量及其聯合強度,僅有40%才分別是刀片基體和多少參數的影響。

在采訪中,全部的東西制造商都同意這樣的見解:即隨著瑞士式刀具消耗量的日益增長,必將有更多的高效可轉位刀具推出,用以代替平凡的釬焊刀具。

manchester東西公司的瑞士式刀具生產部經理dave strobelt說:"我信賴,在用戶必要的刀具品種都能買到的時間,他們就會對可轉位刀具樹立信心。"

 

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