车削加工常见难题的解决

国际金属加工网 2018年03月20日

虽然在车削时几乎不可能考虑到所有的因素,但专家们认为应该考虑下文所提及的车削加工的五个方面。需要注意的是,每个因素都有可能对其他因素产生潜在的影响。因此,不能就一个问题单独来看,建议机械师充分考虑车削时的各个因素。

冷却液直接作用于切削刃对于热处理、排屑和表面光洁度来说非常重要

热处理

Exsys刀具公司的销售经理ScottLeitch说“必须要找出一种散热的方法。如果刀架在运行过程中没有冷却液作用在其顶部,则热量会增加,并可能对刀具寿命、表面光洁度和零件质量产生影响。另外,密封刀架(用于冷却液的应用)有助于冷却液更有效地散热。”

美国的沃尔特有限责任公司的产品经理Kurt Ludeking表示,理论上来说,大多数机床都配有冷却液喷口,操作人员只需要将冷却液喷口引导至切割区域,以便使用冷却液对该区域进行散热。这因为受到很多因素的影响,这种方法只是有时候才有效果。在日常维护过程中,冷却液流动方向可能会发生偏差,还有可能会被溅出的切屑影响冷却液的流动路径。如果没有充分利用冷却液,则散热效果不会明显,并且最后会得到严重的月牙洼磨损和后刀面磨损。

最佳的解决方案是将冷却液通过高压喷出,但并不适用于所有情况,例如:不满足放置笨重的高压设备的条件时,又或者当零件太薄、微细难以承受压力时。

Ludeking说:“如果没有通过高压的冷却液的话,可以通过刀架将冷却液直接引导进入刀刃,即使约150 psi左右的压力相对较低,但这对于大多数现代机床来说是足够的。因此,只要冷却液能够被引导在刀刃上,就可以获得很好的冷却效果。”

虽然热处理是相当重要的,但并不是每个人都认为是主要的因素。山高有限公司的产品经理Don Graham表示,虽然热处理对刀具寿命起了相当重要的作用,但是由于现代刀具几何形状和涂层的发展,热处理的影响也大大减弱。他说:“虽然刀具寿命与热处理有很大的关系,但是随着企业生产的现代化刀具的发展,热量已不再是一个问题。我认为过分考虑热处理的人可能只是没有在正确的速度和进给条件下使用刀具。”

安装选择

Graham不建议操作员把精力放在热处理上,而应该放在优 化刀具和刀柄的选择上。他说“我认为没有一个切削刀具公司,包括山高,有简单的方法来选择“最好的”切削刀具。当获得适合工件设计的刀具时,大约有8到10个常见的刀具形状,每一个形状都可以应用在不同的方向上。所以,首先需要确定合适的刀具形状,然后找出其应用的方向,最后找出所加工工件的合适的进给、速度和等级。如果选择合适的话,这种方法适用于所有的加工,而且应该不会产生什么问题。”

Hurco的TMi系列数控车床适用于通用车削,并提供了手动车削到数控车削的简单过渡

哈斯自动化公司的数控车床产品技术专家米尔顿·拉米雷斯(Milton Ramirez)指出了安装的重要性,并特别指出在车削时,稳定的安装是非常重要的。他说:“安装始终是至关重要的。只要有条件,就可以使用夹头,因为它们可以提供更大的抓地力,所以更加坚固。下一步要选择好机床夹头的材料和工件尺寸,使夹紧直径与工件和夹头相匹配。”

如果工件允许的话,他还建议使用支撑尾座,还指出了在工作时间长并且加工困难的车削中最好的支撑方式就是使用移动中心架。然而,这种类型的刀架仅在双转塔机床上可用,其中该工件由一个转台加工并由另一个转台支撑。因为只有一个转塔的车床,最常见的夹紧工具是固定中心架,其支撑体是无法移动的。只有夹具才可以用于夹紧或释放工件。

机床制造商赫克北美的产品技术专家迈克尔·科普说,一旦刀具和工件被固定,接下来重要的步骤就是选择合适的刀具几何形状。他说:“刀具在刀尖圆弧半径和特定刀具等级的选择时,有时可以不局限于标准刀具的参数,比外圆车削和轴肩车削更复杂的操作是挑选合适的刀具几何形状,这是一个关键的步骤。增加刀具的导程角也会有所改善。较高的导程角和正前角刀具比具有较小切削角度的刀具会产生更好的表面光洁度。

表面光洁度

在所有的机械加工中,零件质量非常重要,表面光洁度是其主要组成部分。除了更高的导程角和正前角刀具,机械师如何从车削操作中获得最佳的表面光洁度呢?根据沃特的Ludeking的说法,使用修光刃刀具可以获得最佳的表面光洁度。它们的粗糙度是标准车削刀具的一半,并且以相同的进给速率离开工件表面。

精密冷却液刀柄可将冷却液尽可能作用切屑下方的有效工作区域,从而有利于切屑控制和刀具寿命,并提高速度

Ludeking表示:“适当使用修光刃刀具可以对表面光洁度有很大的改善。缺点是它们往往会产生很大的刀具压力,所以可能会遇到偏转或振动的问题,尤其是很薄的部分。在进行轮廓切割时,应特别小心,因为修光刃刀具是为直线切割设计的,这意味着它们没有真正的半径。需要注意的是,实际半径和正在编程的半径会有所误差。”

除了选择修光刃刀具,山高的Graham还提供了一种非常规 的方法———加快工件转速。他说:“这与常规的思维是相反的,但我认为旋转的工件速度越快,就会变得越稳定。Graham引用陀螺效 应作为他的推理,把它比作骑自 行车:虽然以1mi/h的速度骑自 行车可以努力保持直立,但是摩 托车在以100mi/h的速度曲线行 驶时几乎是平行于地面的,并且 更容易纠正。 他说:“如果加工的工件是平衡的,你会得到同样的效果。”

颤振

与讨论的其他问题不同,振动几乎完全可以避免。Hurco的Cope解释说:“振动通常是由于使用不适当的速度和进给,或者由于工件或刀具缺乏刚性而引起的,从而增加了谐波和振动。一旦振动开始发生,几乎不可能停止,因此,我们要防止振动发生。增大进给速率和更大的刀尖圆弧半径可以减少振动,并且大的刀尖圆弧半径能够适应更高的进给速率,而且依然可以得到要所需的光滑的表面光洁度。

振动可导致表面光洁度不均匀(顶部); 合适的安装可以消除振动,形成精细的表面光洁度(底部)

Graham说任何导致偏转的因素都会引起振动:初始参数不适当的选择或使用已经磨损的边缘进行切割、缺乏对刀具或刀架的合适的支撑、切割弹性材料,如没有固定的几何形状的钛、由不恰当的切屑控制和热管理产生的积屑瘤——所有这些都可能引起振动。那么解决方案是什么?

Graham说:“固定安装”说起来容易,但实际上很难做到,”Graham说。我们告诉人们,尽可能地努力寻找稳定的支撑,以获得正在加工的工件最小的突出部位和刀


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