數控機床

       上（shàng）海, 2017 年 07 月 - 失控的振動會給金屬切削帶來（lái）諸多問（wèn）題。在切削過程中，不斷變化的力（lì）會引起振動和刀具顫振，進（jìn）而導致零件表麵質（zhì）量下降、磨損加快或刀具斷裂，並且會損壞機床組件。此外，產品設計（jì）也趨向於（yú）引發振動。為了提高產（chǎn）品強（qiáng）度（dù）並（bìng）降低裝配成本，製造商們越來越多地使用（yòng）整體工件來加工（gōng）零（líng）件。為了加工零件內部的特征，刀具需要（yào）進入較深的腔體，而加（jiā）長的刀具長度會加劇振動。如果通過降（jiàng）低切削參數來減小振動，則會降低生產率（lǜ）並增加製造成本。
 
 
        在眾多控（kòng）製振動的方法中，最主要的（de）方法是被動式動態（tài）減振係統，它利用調諧質量減振器概念來吸收振動，防止振動進一步擴散並最終破壞加工過（guò）程。
 
        振動是一個常見問題
 
       所有行業部門都（dōu）認為過度振動是一種（zhǒng）破壞性工況。重複的操作和/或外力會產生同一種運動，這會（huì）在機器、建築物或橋梁中產生共振，並且會發展到危險的（de）地步。製（zhì）造（zào）商和建築商通常采用調諧質量減振器概念來克服振動。調諧質量減振器是一（yī）個懸浮在機器（qì）或結（jié）構內部的部件，用（yòng）於與（yǔ）多餘的振動形成（chéng）反相共振，吸收（shōu）能（néng）量，並最大限度地減少振（zhèn）動。
 
       金（jīn）屬切削中的振動
 
       在金屬切削過程中，刀具在產生切屑時會形成持續（xù）改變的切削力，因此會造成振動。在斷續的銑削工藝中，隨著切屑的形成和斷裂，刀杆（gǎn）周期性地加載和卸載，因此會（huì）形成十分（fèn）明顯的間歇（xiē）切削力。在車削工（gōng）藝中，這種情況同樣存在（zài）。
 
       控製（zhì）金屬切削過程中振動的被動方法包括最大限（xiàn）度地（dì）增強加工係統中各元（yuán）件的剛性。為了限製不（bú）必要的（de）運動，可以采用堅固的結構元件建造機床，使其更大、更（gèng）重，並且填充混凝土或其他減振材（cái）料。從工件的角（jiǎo）度來看，薄（báo）壁零件和那些沒有支撐的（de）零件在加工時容易（yì）產生振動。在一定程度上，零件經過（guò）重新設計（jì）可以提高剛性。然而，這種設計變更往（wǎng）往會增加（jiā）重量並影響產品性能。
 
        對於切削刀（dāo）具來說，控製振動的被動方（fāng）法（fǎ）包括使用更（gèng）短、更具剛性（xìng）的刀具以及使用（yòng）堅硬的硬質合金刀柄代（dài）替代（dài）鋼質刀柄。
 
       控製刀具振動的被動式（shì）動態方（fāng）法包括采（cǎi）用調諧質量（liàng）減振器。山高 Steadyline 係統采用預調諧（xié）減振器，包括通過徑向減（jiǎn）振元件懸（xuán）浮在刀杆內部的、由高密度材（cái）料（liào）（以減少其整體尺（chǐ）寸）製成的減振器塊。當振動被切削刀具傳輸到杆體時，減振器會（huì）立即吸收振動。
 
        傳統刀具：振動沿著機床主軸擴散
  
       
  
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        被動式動態減振（zhèn）刀具：減振（zhèn）器會在振（zhèn）動沿著主軸擴散（sàn）之前將其吸收
  
       
  
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        在進行典型的長懸伸（shēn）加工時，Steadyline 係統使生（shēng）產效率至少（shǎo）達到非減振刀具的兩倍，同時還能（néng）改（gǎi）善零（líng）件表麵粗糙度、延長（zhǎng）刀具使用壽命（mìng），並且可降低機床的（de）應力。被（bèi）動式動態（tài）減振技術可以使某些應用得以實現，例如使用長徑比（bǐ）達到 10 倍的刀（dāo）具；如果（guǒ）不采用被動式動態減振技術，即使在最小的加工參數下也無法使用此類刀具。
  
       
  
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        被動式動態減振（zhèn）工作原（yuán）理
 
        圖 1 和圖 2 說明了 Steadyline 被（bèi）動式動態振動控製係統的工作原（yuán）理。在圖 1 中，傳統整體式刀柄的減振（zhèn）屬性（xìng）包括刀柄的質量 (M1)、剛性（xìng） (K1) 及其固有的減振特性 (K’1)。這些屬性組合在一起構成 MKK' 係統。在切削過程中，切削力 Fe 在刀柄中產生運動（振動（dòng））。
 
        在 Steadyline 係統（tǒng）（圖 2）中，增加了第二個 MKK' 係統的減振屬性，即質量（liàng） M2、剛性 K12 和密度K’12。MKK' 係統 S2 可以處理（lǐ）與原始 MKK' 係統相同的（de）固（gù）有頻率，並且與多（duō）餘的振動形成反相共振（zhèn），因此可以吸（xī）收能（néng）量並減少振動。
   
       
 
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        在 Steadyline 係統中，減振器安裝（zhuāng）在（zài）刀杆前部撓曲變形最大的部位，當振動從切削刃傳遞至刀杆主體時，減振器能（néng）夠立（lì）即阻止振動。此外，Steadyline 係統還包括短小緊湊的 GL 切削刀頭，該刀頭可將切削刃靠近（jìn）減振（zhèn）器放置，從而實現最佳減振效果。Steadyline 係統的應用非常廣泛，特別適用於銑削（輪（lún）廓銑、型腔（qiāng）銑、槽銑）、車削、粗鏜和精（jīng）鏜。
 
        應用對比
 
        對難加工的 42CrMo4 鋼的鏜削案（àn）例可反映Steadyline 係統減振效（xiào）果。在該示例中，一個直徑為 105.8 mm的圓柱孔將通過五次鏜削（切削深度從 3 mm 逐步減少至 0 mm）被擴大到直徑為 129 mm 的錐孔（kǒng）。所采用的刀杆直徑為 80 mm，初始切削（xuē）長度為 600 mm，這（zhè）表示刀具的長徑比為 7.5。粗鏜采用 0.3 mm/轉的進給（gěi）量，並且切削速（sù）度為 157 m/分鍾（zhōng）。在完成粗鏜後，通（tōng）過（guò）半（bàn）精加工方式（shì）最終達到（dào） 130 mm 直徑，采用 0.5 mm的切削深度、0.2 mm/轉的進給量和 200 m/分鍾的（de）切削速度。盡管工件未使用 Steadyline 刀杆（gǎn）的全轉速能力，但憑借 Steadyline 被動式動態振動控製係（xì）統，加工時間從 12 小時（shí）縮短為 2 小時（減少 80% 以上）。
 
        為了直觀展現 Steadyline 係統在側銑加工中的優勢，我們對 1.1206 CK50 鋼進行側銑。在這項加工中，采用不具備被動式動（dòng）態振（zhèn）動控製功（gōng）能的 Combimaster 銑刀刀柄以及直徑為（wéi） 20 mm 的刀具，切削速度為 312m/分鍾，進給量為 0.3 mm/齒（chǐ），並（bìng）且切削（xuē）深度為 0.9 mm。當使用同一款采用 Steadyline係統的刀具，並且采用相同的切削速度和進給量時，切削深度可增加至 2.2 mm（多達 2.3倍），並且消除了多餘振動（dòng）。
  
       
  
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         結論
 
        被動式動態振動控製係統主要（yào）麵向石油天然氣、發電和航空航天客戶的設備製造商，因為所有這些行業部門都會定期處理一些需（xū）要（yào）使用加長刀具的大型複（fù）雜零件。此外，這（zhè）類零件通常由難加工的堅硬合金製成，因此會產生可引發振（zhèn）動的強（qiáng）大切削力（lì）。然而，顯而易見的是，幾乎每一家製（zhì）造商都會麵臨需要借助（zhù） Steadyline 刀柄係統的特定應用場合，通過其減振性能來擴展自身的加工能力、提高生（shēng）產率並（bìng）降低成本。
 
        （附注）
 
        Steadyline 硬件、安裝和應用注意事項
 
        硬件細節
 
        Steadyline 被動式動態振動控製係統包括綜合全麵的（de）適用（yòng）於銑（xǐ）削、車削和鏜削應用的硬件選項，可以靈活組裝以滿足各（gè）種不同的生產要求。
 

       
  
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        車削刀柄（bǐng）係統可用於車削和鏜削，包括 7 種刀杆直徑尺寸（cùn）：32 mm、40 mm、50 mm、60 mm、80 mm、2.5"和 3.0"。可為每種直徑提供三種（zhǒng）刀柄長度 – 6xD、8xD 和 10xD，並且提供了眾（zhòng）多機床側連接。其中（zhōng）包括適用於 32 mm 至 80 mm（公製）和 1.25" 到 3"（英製）尺寸的圓柱（zhù）柄（bǐng），以及 Seco-Capto 側固柄和 HSK-T/A。直（zhí）徑等於或小於 50 mm 的刀杆可以直接使用（yòng）緊湊型 GL 刀頭，它具（jù）有精確的（de）多麵連接，通過（guò）便捷的螺母係（xì）統進（jìn）行（háng）固定。
 
        直徑等於或大於 60 mm 的（de）刀杆采用由四個 Graflex 螺釘鎖定的 BA 連接，允許 0 /180 定位。這些大型刀杆可以與“BA 至 GL”接（jiē）頭和緊湊型 GL50 刀頭（tóu）配合用於車削，並與定製的 BA 鏜頭配合用於鏜削。GL 刀頭適用於粗（cū）鏜和精鏜應用，並且適用於采用右車（chē）刀和左車刀的車削（xuē）應用。提供（gòng）了用於（yú）粗加工的負角刀片、用於精（jīng）加工的正角刀（dāo）片以（yǐ）及用於螺紋加工、割槽和切斷的刀片（piàn）。
 
        除了廣泛的標（biāo）準刀具選項外，山高還提供各種定製解決方案，例如帶有多個切削刃的刀杆和用於特殊應用的極長刀杆（超過兩米（mǐ））。

        GL 連（lián）接（jiē）
  
      
  
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        BA 連接
  
      
  
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        對於銑削應用，Steadyline 振（zhèn）動（dòng）控製配置提供了 Combimaster 可換刀頭銑刀（適用於直徑 20 mm 至 40 mm的（de）銑刀）和（hé）麵銑刀柄（適用於（yú）直徑（jìng） 40 mm 至 160 mm 的刀具）。無論是 Combimaster 還是麵銑刀柄，均可（kě）使用眾多刀片類型，適用於方肩銑、仿形銑、立銑、麵銑、插銑和三麵刃銑，以及輪廓銑和螺旋插補銑。刀體通過錐形增強的圓柱形最大限度地提升（shēng）了剛性，可在重型加工應用中（zhōng）實現高度（dù）的靜態和動態穩定性。可為銑削刀柄（bǐng）提供 Seco-Capto 側固式、HSK-A、BT、CAT 和 DIN（包括錐麵型）機床側連接。
 
        此外，為銑削應用場合提供的定製刀（dāo）柄還包括熱脹夾緊（jǐn）係統、專用夾頭等特（tè）殊組件。
  
        刀具（jù）安裝指南
 
        Steadyline 刀（dāo）具基本上是“即插即用”：內置減振係（xì）統隨時可用，不需進一步的準備。為了達到最佳效果，刀（dāo）杆必須直接安裝在機（jī）床上，而不使用中間接長杆或變徑（jìng）套。在機床上安裝刀具時，建議采用 Seco-Capto 係統，因（yīn）為它具有出色的剛性、同步錐麵和平麵接觸以及（jí）高度（dù）的抗彎（wān）曲能力，能夠最大限度地提高切削刃的定位精度。無法選擇 Seco-Capto 時，山高建議采用安裝在分離式鏜杆刀柄中的圓柱型刀（dāo）杆，至少應插入到（dào） 4xD 處（由刀（dāo）杆上的第二行標記）。
   
        應用提示

        Steadyline 刀柄（bǐng）係統有一些需要特別注意（yì）的應用事項。當直接使用被動式動態 Steadyline 刀杆來更換傳統刀杆時，可能（néng）需要提高切削參數以（yǐ）產生足以（yǐ）觸發係統減振響應的（de）振動。此外，在長懸伸應用中，刀杆可能彎曲但不會振動，因此會加工出比編程值小的直徑。可將加工操作分成三（sān）個輕型切削步驟，從而消除彎曲並產生指定的直徑。值得注意的是，相對於刀（dāo）杆直徑，最小（xiǎo）加工直徑必須足夠大，以便正確排屑。正確地考慮排屑非常關鍵，尤其是在加工小（xiǎo）而深的孔時。建議使用冷卻液來幫助排屑，並（bìng）盡（jìn）量減少熱量傳（chuán）遞至（zhì）對溫度敏感的刀杆上。
 
        作者：Pierre Zunino 產品經理  Yannick Groll 研（yán）發工程師