技術(shù)中心2024-09-20
各種槽是機(jī)械零件上常見到的結(jié)構(gòu)形狀。通常有圓柱體內(nèi)外表面上的環(huán)槽、密封圈槽、帶倒角的斜 槽、成形槽、各種標(biāo)準(zhǔn)的螺紋槽、內(nèi)外圓柱體端 面上的槽；圓柱面上和孔內(nèi)與軸線平行的鍵槽、花鍵槽、 齒槽以及平面上的多種形狀的槽等等。
一般回轉(zhuǎn)體表面上 的各類槽，常用車削的方法加工，也可以用銑和插補(bǔ)銑削的方法（Milling by circular interpolation），即使銑刀一面自轉(zhuǎn)一面公轉(zhuǎn)。銑螺紋槽時，再加上軸向進(jìn)給。外圓柱面上 的與軸心線平行的各種槽與平面上的各種槽可用銑削等方法加工，與軸心方向平行孔內(nèi)的鍵槽、花鍵槽、多邊形孔槽用插削、拉削推削等方法加工?！安邸笨雌饋硇螤詈芎唵危珜?shí)際加工時仍有它的特殊性和困難性。
槽加工的特殊性和困難性是：①它通常是用刀具的一個 主刀刃和兩側(cè)的副刀刃同時進(jìn)行三面切削，被加工材料塑性變形復(fù)雜，摩擦阻力大，因此加工速度和進(jìn)給量受限制，切削厚度雖薄，但平均變形大，單位切削力，總切削力與功耗大， 有統(tǒng)計它比一般外圓切削大20 %左右。同時產(chǎn)生切削熱也多， 散熱條件差，切削溫度高 , 刀具易損傷；
②隨切深加大 , 工件直徑不斷減少，切削速度實(shí)際在不斷變化，切削力熱等狀 況也在不斷變化，特別在切深大和切斷加工時，切削速度由 最大逐漸減少甚至到“零”；
③工件或刀具一面旋轉(zhuǎn) , 刀具 一面逐漸切入，在工件表面實(shí)際形成的是阿基米德螺旋線， 由此造成實(shí)際前角和后角也在不斷變化，使加工過程更為復(fù) 雜；
④通常所切的槽較窄，刀片也窄，刀片在刀桿刀體中的 定位安裝面小。定位安裝不穩(wěn)定，剛性差易振動，槽越窄越深， 刀片懸伸越長，刀具剛性越差，更不穩(wěn)定,更易移位振動損傷。對待這些問題應(yīng)如何處理好呢？各槽加工刀具公司為此煞費(fèi) 苦心，這里請看 SIMTEK 這位槽加工專家為此費(fèi)心所出的點(diǎn)子和他們的具體改進(jìn)措施吧。
SIMTEK 是德國也是世界著名的專業(yè)制造各種精密槽加 工用刀具的公司。在槽加工方面積累了豐富的經(jīng)驗，并研發(fā) 了各種新的槽加工刀具產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品系列目前分三大 類：⑴ simturn 類是車削鏜削各種槽、孔等的加工用刀具；⑵ simmill 類是銑削用的各種槽加工刀具；⑶ simcut 類是其 他槽加工方法，如插削、旋風(fēng)銑螺紋等所用的刀具。
他們的第一個重要點(diǎn)子是：好刀先要自身堅硬。除用優(yōu) 質(zhì)材料、涂層、合理的刀刃形狀結(jié)構(gòu)外，還必須能改進(jìn)剛性差的刀片的定位面形狀結(jié)構(gòu)以使它能被牢靠穩(wěn)固地安裝，即必須要解決好固有剛性不足的刀片的定位夾緊問題。
Simturn 是他們的車槽系列刀具。除可切各種槽外，改 變刀頭形狀、進(jìn)刀方向后還可加工內(nèi)外圓、倒角、切斷等。按可加工孔徑的大小，槽的寬度和深度與分布等的不同， 產(chǎn)品又分了以下幾個子系列：
⑶ H2 和 GX 型的刀片具有對稱的前后兩刃，刀片薄弱定位面窄小，為此 H2 在刀片一側(cè)背上特意做有 V 形凹槽， GX 則做有 V 形突齒，H2 和 GX 刀片的下面都做有突齒。刀片座有相應(yīng)的凹槽，刀片的上壓板有凸齒或凹槽，螺釘旋 轉(zhuǎn)上壓板向下使刀片緊緊定位夾緊在上下 V 形凹槽中。薄弱刀片由于上下 V 形槽的多面定位夾緊，提高了安裝剛性。它 的刀桿為鋼制，有帶扁平面的圓柱形和方形兩種。它們主要用 于切內(nèi)外槽和切斷。H2 和 GX 可分別加工 Φ24.5 和 Φ38 以上 的孔，最大切深分別為 18mm 和 26mm。
⑷ K2 型刀片具有前后上下對稱的兩個角形刀頭，主要用于 切外槽和切斷。加工時一端的刀頭切削，另一端的角形刀頭作 為 V 形凸齒插裝在刀桿與之相對應(yīng)的 V 形凹槽中?？克鼈兒蛡?cè) 平面在刀桿中定位，以側(cè)面螺釘穿過刀片中心孔同 DX、CX 一 樣進(jìn)行壓緊。它最大的切槽深度是 7mm。
Simmill 是 SIMTEK 公司銑削各類內(nèi)槽 ( 一般槽、螺 紋槽、帶倒角槽等 ) 的刀具，他們不采用一般傳統(tǒng)的銑削方 法，而是采用使銑刀一面自轉(zhuǎn)一面公轉(zhuǎn)的插補(bǔ)式銑削方法， 銑螺紋槽時還需加上軸向的插補(bǔ)進(jìn)給。加工時，多齒的銑 刀每個刀齒每次在運(yùn)轉(zhuǎn)中只切除很少的金屬，切屑小，排屑易，切削力熱比車槽小得多。但需承受一定的沖擊力， 整體槽銑刀或裝可轉(zhuǎn)位刀片的槽銑刀，刀片在刀體上的安裝時，槽加工刀具固有的剛性不足問題仍存在，故也如車削類刀具一樣。
為提高槽銑刀定位安裝的剛性可靠性，SIMTEK 公司將直徑小于 Φ11 的刀頭和伸出的圓刀桿部分 做成一體，伸出部分接鋼刀桿插入刀柄中的配合圓孔定位。加工Φ10-Φ42較大孔的盤銑刀頭也類似DX型車刀片一樣， 在后端面做出突齒鑲裝在刀桿端面的同形凹槽中，結(jié)合刀 片的端平面定位，并靠穿過刀片中心的螺釘壓緊?？蓪?shí)現(xiàn) 可靠的剛性好的定位安裝。
Simcut 是插削各類槽、型孔和旋風(fēng)銑削螺紋槽的有關(guān)刀 具產(chǎn)品系列，與之前的系列相同，他們也設(shè)計了相應(yīng)的增強(qiáng) 刀頭和刀片的安裝剛性的多面定位結(jié)構(gòu)。
他們針對改善槽加工切削條件的第二個點(diǎn)子是必須改善冷卻液供應(yīng)。特別是車槽方面，刀片一直在切削，切削溫度高，又由于是槽形，槽向及他們所處的位置不同，為達(dá) 到有效冷卻，SIMTEK 公司提供了四種方便可調(diào)的供冷卻 液方式：即從刀具的左方、右方、左右兩方或刀具中孔噴 射冷卻液，以滿足各種槽加工的需要，從而可有效地降低 切削溫度，保障了刀具持續(xù)工作。實(shí)際操作時，他們設(shè)計 的結(jié)構(gòu)非常簡單，更換四種冷卻液供給方向，只要調(diào)節(jié)兩 個螺紋銷就可以實(shí)現(xiàn)。
為了解決在一般車、銑機(jī)床難以加工的與軸向平行的孔 內(nèi)鍵槽、花鍵槽、齒槽和多面槽等問題。他們的第三個點(diǎn)子是：不用專門的插床、拉床等而是用他們的優(yōu)質(zhì)刀具配合數(shù) 控車銑床上轉(zhuǎn)塔刀架上的 VDI 動力刀座。通過這些機(jī)構(gòu)，即 可實(shí)現(xiàn)插刀的往復(fù)切削運(yùn)動和沿槽深方向進(jìn)給運(yùn)動，完成插 削。同樣插刀的結(jié)構(gòu)，在較小孔內(nèi)鍵槽加工時采用整體硬質(zhì)合金插刀，較大孔內(nèi)鍵槽則用插刀片安裝在相應(yīng)較粗的鋼制 刀桿上。車銑機(jī)床上能加工出孔內(nèi)的槽了，就可能使整個零 件的加工在一臺機(jī)床上完成。實(shí)現(xiàn)了工藝集中，達(dá)到了”Do in One”。
在加工數(shù)量很多的小型螺釘，如材料多為難加工的 鈦合金，不銹鋼等的醫(yī)用接骨螺釘?shù)葧r，一般的車、銑辦法效率太低，零件夾持不便。
他們的第四個點(diǎn)子是：在能縱切的走心式車床上安裝專門的螺紋旋風(fēng)銑 (Thread Whiriing) 刀架，使用他們特制的 2-3 齒優(yōu)質(zhì)涂層刀片進(jìn)行旋風(fēng)銑 ( 因用壓縮空氣和高壓冷卻液等排屑冷卻，加工時切屑飛濺故名之 )。旋風(fēng)銑加工時刀盤高速旋轉(zhuǎn)是切削的主運(yùn) 動，輔助運(yùn)動有機(jī)床主軸帶動工件的慢速回轉(zhuǎn)，有按螺距 大小所作的軸向進(jìn)給和刀盤高速旋轉(zhuǎn)。工件螺旋升角改變 時，刀片可據(jù)需要調(diào)整。由于轉(zhuǎn)速較高達(dá) 60-120m/min，每 刃齒進(jìn)給量 0.02-0.10mm，這種方法的效率比傳統(tǒng)的加工 方法高許多，加工精度也高許多。只需使用走心式車床即可實(shí)現(xiàn)自動化加工。
一般回轉(zhuǎn)體表面上 的各類槽，常用車削的方法加工，也可以用銑和插補(bǔ)銑削的方法（Milling by circular interpolation），即使銑刀一面自轉(zhuǎn)一面公轉(zhuǎn)。銑螺紋槽時，再加上軸向進(jìn)給。外圓柱面上 的與軸心線平行的各種槽與平面上的各種槽可用銑削等方法加工，與軸心方向平行孔內(nèi)的鍵槽、花鍵槽、多邊形孔槽用插削、拉削推削等方法加工?！安邸笨雌饋硇螤詈芎唵危珜?shí)際加工時仍有它的特殊性和困難性。
槽加工的特殊性和困難性是：①它通常是用刀具的一個 主刀刃和兩側(cè)的副刀刃同時進(jìn)行三面切削，被加工材料塑性變形復(fù)雜，摩擦阻力大，因此加工速度和進(jìn)給量受限制，切削厚度雖薄，但平均變形大，單位切削力，總切削力與功耗大， 有統(tǒng)計它比一般外圓切削大20 %左右。同時產(chǎn)生切削熱也多， 散熱條件差，切削溫度高 , 刀具易損傷；
②隨切深加大 , 工件直徑不斷減少，切削速度實(shí)際在不斷變化，切削力熱等狀 況也在不斷變化，特別在切深大和切斷加工時，切削速度由 最大逐漸減少甚至到“零”；
③工件或刀具一面旋轉(zhuǎn) , 刀具 一面逐漸切入，在工件表面實(shí)際形成的是阿基米德螺旋線， 由此造成實(shí)際前角和后角也在不斷變化，使加工過程更為復(fù) 雜；
④通常所切的槽較窄，刀片也窄，刀片在刀桿刀體中的 定位安裝面小。定位安裝不穩(wěn)定，剛性差易振動，槽越窄越深， 刀片懸伸越長，刀具剛性越差，更不穩(wěn)定,更易移位振動損傷。對待這些問題應(yīng)如何處理好呢？各槽加工刀具公司為此煞費(fèi) 苦心，這里請看 SIMTEK 這位槽加工專家為此費(fèi)心所出的點(diǎn)子和他們的具體改進(jìn)措施吧。
SIMTEK 是德國也是世界著名的專業(yè)制造各種精密槽加 工用刀具的公司。在槽加工方面積累了豐富的經(jīng)驗，并研發(fā) 了各種新的槽加工刀具產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品系列目前分三大 類：⑴ simturn 類是車削鏜削各種槽、孔等的加工用刀具；⑵ simmill 類是銑削用的各種槽加工刀具；⑶ simcut 類是其 他槽加工方法，如插削、旋風(fēng)銑螺紋等所用的刀具。
他們的第一個重要點(diǎn)子是：好刀先要自身堅硬。除用優(yōu) 質(zhì)材料、涂層、合理的刀刃形狀結(jié)構(gòu)外，還必須能改進(jìn)剛性差的刀片的定位面形狀結(jié)構(gòu)以使它能被牢靠穩(wěn)固地安裝，即必須要解決好固有剛性不足的刀片的定位夾緊問題。
Simturn 是他們的車槽系列刀具。除可切各種槽外，改 變刀頭形狀、進(jìn)刀方向后還可加工內(nèi)外圓、倒角、切斷等。按可加工孔徑的大小，槽的寬度和深度與分布等的不同， 產(chǎn)品又分了以下幾個子系列：
⑴加工 Φ0.3 起的小內(nèi)孔槽的 AX 系列，改進(jìn)的方法是把其較粗硬質(zhì)合金刀桿與刀頭做成 一體，刀桿多為圓形 (Φ4-8), 尺寸較大的還有方形。刀桿上 的刀頭，據(jù)加工部位需要，應(yīng)伸出得盡量短，這樣切槽刀的 定位面由整個較粗圓形和方形的刀桿承擔(dān) , 刀桿插入相應(yīng)的 刀座和刀柄的配合孔中。用座和刀柄上螺釘壓緊，就可提高 安裝剛性，還可用靠刀柄前端螺母旋緊夾套從四周夾緊刀桿 的 ME 夾緊系統(tǒng)。使定位安裝剛性和可靠性得到更一步提高 (圖 1)
圖1：AX系列刀桿的定位安裝
⑵可加工較大孔中的各類槽的 DX 和 C4 系列刀具。若 用更粗的整體硬質(zhì)合金做刀桿較貴不合算，因此可以改用鋼 刀桿前面裝硬質(zhì)合金刀片，為了使刀片安裝剛性好，可將刀片端面做出三個 V 形突齒，定位安裝時將此突齒與刀桿上的 與之形狀一致的 V 形槽相配合，兩端平面靠緊。由于這些 結(jié)構(gòu)形狀尺寸與相對位置做得非常精確，雖屬多面定位，過定位，但互相不干擾，反而使得定位剛性大增。刀片有中心孔，用中心螺釘穿過刀片擰緊在刀桿上。刀片刀桿如一整體， 這樣就提高了安裝剛性。所用的刀桿有帶扁平面的圓柱形也有方形。
DX 可加工最小孔徑為 Φ7，刀桿直徑可達(dá) Φ25。根據(jù)加工表面形狀不同，刀刃形狀可以做出多種多樣，如可 把刀片轉(zhuǎn)角做成 90°形成與軸向平行的刀刃，就可加工端 面槽了。與之類似的 C4 型它的外形和定位安裝如 DX，但刀頭只延刀桿軸向伸出，故只能加工各種外槽，它的刀桿都 是方形，此型是為一些小零件特殊加工要求設(shè)計制作的。最大切深是 5.5mm。
DX 可加工最小孔徑為 Φ7，刀桿直徑可達(dá) Φ25。根據(jù)加工表面形狀不同，刀刃形狀可以做出多種多樣，如可 把刀片轉(zhuǎn)角做成 90°形成與軸向平行的刀刃，就可加工端 面槽了。與之類似的 C4 型它的外形和定位安裝如 DX，但刀頭只延刀桿軸向伸出，故只能加工各種外槽，它的刀桿都 是方形，此型是為一些小零件特殊加工要求設(shè)計制作的。最大切深是 5.5mm。
圖2：DX和C4系列刀片定位結(jié)構(gòu)
⑶ H2 和 GX 型的刀片具有對稱的前后兩刃，刀片薄弱定位面窄小，為此 H2 在刀片一側(cè)背上特意做有 V 形凹槽， GX 則做有 V 形突齒，H2 和 GX 刀片的下面都做有突齒。刀片座有相應(yīng)的凹槽，刀片的上壓板有凸齒或凹槽，螺釘旋 轉(zhuǎn)上壓板向下使刀片緊緊定位夾緊在上下 V 形凹槽中。薄弱刀片由于上下 V 形槽的多面定位夾緊，提高了安裝剛性。它 的刀桿為鋼制，有帶扁平面的圓柱形和方形兩種。它們主要用 于切內(nèi)外槽和切斷。H2 和 GX 可分別加工 Φ24.5 和 Φ38 以上 的孔，最大切深分別為 18mm 和 26mm。
⑷ K2 型刀片具有前后上下對稱的兩個角形刀頭，主要用于 切外槽和切斷。加工時一端的刀頭切削，另一端的角形刀頭作 為 V 形凸齒插裝在刀桿與之相對應(yīng)的 V 形凹槽中?？克鼈兒蛡?cè) 平面在刀桿中定位，以側(cè)面螺釘穿過刀片中心孔同 DX、CX 一 樣進(jìn)行壓緊。它最大的切槽深度是 7mm。
圖3：K2系列刀片定位與安裝
⑸ E3、E12、F3 三型的刀片都是三角形 , 可用三個刀刃， 使用經(jīng)濟(jì)高效。E3、F3 較窄的刀片的側(cè)面設(shè)計具有突出多面體， 配合刀片側(cè)面或另兩個刀背面和側(cè)面定位在刀桿刀座相應(yīng)的多 面槽和側(cè)平面上，E12 刀片或用中心孔螺釘或用上壓板壓緊。用中孔螺釘壓緊可承受軸向力較高。這三型均能加工內(nèi)外槽。
E3 和 E12 型適應(yīng)的最小內(nèi)徑分別是 Φ41 和 Φ46，能切出的最大槽深分別是 5 和 8mm。FX 型是專供客戶訂制特殊品，可滿足 客戶多種需要。Simturn 車削類刀片還有一種是光面寬型的 （Decolletage）系列，據(jù)客戶需要可在寬刀片上磨出客戶需 要的槽形槽數(shù)，一次徑向進(jìn)刀可加工出多個槽。由于刀片較 寬，刀片背后可做出一到數(shù)個 V 形突齒，在刀桿上做出相 應(yīng)數(shù)量的 V 形凹槽，再配合底面共同對刀片定位。
E3 和 E12 型適應(yīng)的最小內(nèi)徑分別是 Φ41 和 Φ46，能切出的最大槽深分別是 5 和 8mm。FX 型是專供客戶訂制特殊品，可滿足 客戶多種需要。Simturn 車削類刀片還有一種是光面寬型的 （Decolletage）系列，據(jù)客戶需要可在寬刀片上磨出客戶需 要的槽形槽數(shù)，一次徑向進(jìn)刀可加工出多個槽。由于刀片較 寬，刀片背后可做出一到數(shù)個 V 形突齒，在刀桿上做出相 應(yīng)數(shù)量的 V 形凹槽，再配合底面共同對刀片定位。
圖4：E3的安裝
Simmill 是 SIMTEK 公司銑削各類內(nèi)槽 ( 一般槽、螺 紋槽、帶倒角槽等 ) 的刀具，他們不采用一般傳統(tǒng)的銑削方 法，而是采用使銑刀一面自轉(zhuǎn)一面公轉(zhuǎn)的插補(bǔ)式銑削方法， 銑螺紋槽時還需加上軸向的插補(bǔ)進(jìn)給。加工時，多齒的銑 刀每個刀齒每次在運(yùn)轉(zhuǎn)中只切除很少的金屬，切屑小，排屑易，切削力熱比車槽小得多。但需承受一定的沖擊力， 整體槽銑刀或裝可轉(zhuǎn)位刀片的槽銑刀，刀片在刀體上的安裝時，槽加工刀具固有的剛性不足問題仍存在，故也如車削類刀具一樣。
為提高槽銑刀定位安裝的剛性可靠性，SIMTEK 公司將直徑小于 Φ11 的刀頭和伸出的圓刀桿部分 做成一體，伸出部分接鋼刀桿插入刀柄中的配合圓孔定位。加工Φ10-Φ42較大孔的盤銑刀頭也類似DX型車刀片一樣， 在后端面做出突齒鑲裝在刀桿端面的同形凹槽中，結(jié)合刀 片的端平面定位，并靠穿過刀片中心的螺釘壓緊?？蓪?shí)現(xiàn) 可靠的剛性好的定位安裝。
圖5：銑削刀頭和刀桿的定位安裝
Simcut 是插削各類槽、型孔和旋風(fēng)銑削螺紋槽的有關(guān)刀 具產(chǎn)品系列，與之前的系列相同，他們也設(shè)計了相應(yīng)的增強(qiáng) 刀頭和刀片的安裝剛性的多面定位結(jié)構(gòu)。
他們針對改善槽加工切削條件的第二個點(diǎn)子是必須改善冷卻液供應(yīng)。特別是車槽方面，刀片一直在切削，切削溫度高，又由于是槽形，槽向及他們所處的位置不同，為達(dá) 到有效冷卻，SIMTEK 公司提供了四種方便可調(diào)的供冷卻 液方式：即從刀具的左方、右方、左右兩方或刀具中孔噴 射冷卻液，以滿足各種槽加工的需要，從而可有效地降低 切削溫度，保障了刀具持續(xù)工作。實(shí)際操作時，他們設(shè)計 的結(jié)構(gòu)非常簡單，更換四種冷卻液供給方向，只要調(diào)節(jié)兩 個螺紋銷就可以實(shí)現(xiàn)。
為了解決在一般車、銑機(jī)床難以加工的與軸向平行的孔 內(nèi)鍵槽、花鍵槽、齒槽和多面槽等問題。他們的第三個點(diǎn)子是：不用專門的插床、拉床等而是用他們的優(yōu)質(zhì)刀具配合數(shù) 控車銑床上轉(zhuǎn)塔刀架上的 VDI 動力刀座。通過這些機(jī)構(gòu)，即 可實(shí)現(xiàn)插刀的往復(fù)切削運(yùn)動和沿槽深方向進(jìn)給運(yùn)動，完成插 削。同樣插刀的結(jié)構(gòu)，在較小孔內(nèi)鍵槽加工時采用整體硬質(zhì)合金插刀，較大孔內(nèi)鍵槽則用插刀片安裝在相應(yīng)較粗的鋼制 刀桿上。車銑機(jī)床上能加工出孔內(nèi)的槽了，就可能使整個零 件的加工在一臺機(jī)床上完成。實(shí)現(xiàn)了工藝集中，達(dá)到了”Do in One”。
圖6：機(jī)床轉(zhuǎn)塔上VDI刀座安裝刀切槽
圖7：鍵槽插銷過程
在加工數(shù)量很多的小型螺釘，如材料多為難加工的 鈦合金，不銹鋼等的醫(yī)用接骨螺釘?shù)葧r，一般的車、銑辦法效率太低，零件夾持不便。
他們的第四個點(diǎn)子是：在能縱切的走心式車床上安裝專門的螺紋旋風(fēng)銑 (Thread Whiriing) 刀架，使用他們特制的 2-3 齒優(yōu)質(zhì)涂層刀片進(jìn)行旋風(fēng)銑 ( 因用壓縮空氣和高壓冷卻液等排屑冷卻，加工時切屑飛濺故名之 )。旋風(fēng)銑加工時刀盤高速旋轉(zhuǎn)是切削的主運(yùn) 動，輔助運(yùn)動有機(jī)床主軸帶動工件的慢速回轉(zhuǎn)，有按螺距 大小所作的軸向進(jìn)給和刀盤高速旋轉(zhuǎn)。工件螺旋升角改變 時，刀片可據(jù)需要調(diào)整。由于轉(zhuǎn)速較高達(dá) 60-120m/min，每 刃齒進(jìn)給量 0.02-0.10mm，這種方法的效率比傳統(tǒng)的加工 方法高許多，加工精度也高許多。只需使用走心式車床即可實(shí)現(xiàn)自動化加工。
