優(yōu)秀的刀具設(shè)計(jì)可最大限度提高自動(dòng)生產(chǎn)線機(jī)床的性能
2021-6-4 來(lái)源：伊斯卡MTB項(xiàng)目經(jīng)理 作者：Joseph Polyanovsky
在現(xiàn)代化制造的今天，工業(yè)需要快速有效的大規(guī)模生產(chǎn)解決方案，自動(dòng)生產(chǎn)線機(jī)床的設(shè)計(jì)和裝備應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)生產(chǎn)線是由多個(gè)工作站組成的，裝備了多種用于不同加工操作的刀具，如車(chē)削、鉆孔、銑削和鏜孔。每個(gè)工作站可能有好幾個(gè)配備有切削刀具的主軸，用于加工一個(gè)工件的不同表面，這意味著幾十把刀具可同時(shí)進(jìn)行作業(yè)。
自動(dòng)生產(chǎn)線上的機(jī)床是強(qiáng)固耐造的，只能用于生產(chǎn)特定的項(xiàng)目。隨著對(duì)更高量產(chǎn)零件的需求不斷增長(zhǎng)，自動(dòng)生產(chǎn)線機(jī)床已被廣泛采用，尤其是當(dāng)需要將棒材加工成小型圓柱形零件時(shí)。這一現(xiàn)象促使這些機(jī)床非常受市場(chǎng)歡迎。自動(dòng)生產(chǎn)線的概念旨在通過(guò)應(yīng)用最快和最經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)激發(fā)生產(chǎn)。能否實(shí)現(xiàn)高性能生產(chǎn)在很大程度上取決于刀具是否高效，而找到一把最理想的刀具是一項(xiàng)需要機(jī)床制造商、刀具制造商和機(jī)床用戶之間協(xié)同合作的任務(wù)。這一協(xié)作鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)與最終的加工效果有直接的關(guān)系——合作越緊密，所選擇的刀具就越高效。與領(lǐng)先的機(jī)床制造商(MTB)的持續(xù)合作和溝通，為伊斯卡提供了基礎(chǔ)的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，以改進(jìn)自動(dòng)生產(chǎn)線機(jī)床的刀具及其夾具的開(kāi)發(fā)。
伊斯卡的MTB專家認(rèn)為，成功取決于正確的刀具設(shè)計(jì)。由于加工過(guò)程的復(fù)雜性，大多數(shù)刀具都是特別定制的，而且非常復(fù)雜，周期非常緊。組合刀具可以保證精確的加工周期，針對(duì)一個(gè)給定的加工工藝可減少所需工位的數(shù)量。通常這些刀具組合在一起進(jìn)行多種類型的加工，如鉆孔、鏜孔、锪孔、倒角、直頭沉孔等等。這些刀具通常都有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。組合刀具必須具備多個(gè)加工區(qū)域的全方位排屑功能。這是對(duì)刀具設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵要求。
用于鉆孔、套料和倒角加工的組合刀具通常可以同時(shí)加工內(nèi)外表面。在這里，當(dāng)需要同時(shí)加工多個(gè)表面時(shí)，整體設(shè)計(jì)必須確保高剛性以避免引起特定形狀刀具的振動(dòng)，特別是那些具有復(fù)雜形狀的刀具。
圖1 可調(diào)式套料刀
鉆孔和內(nèi)槽加工刀具的組合省去了額外工位的需要，節(jié)省了總成本、縮短了加工周期。為這些組合提供操作中的刀具防撞設(shè)計(jì)，并確保工件內(nèi)部排屑順暢是至關(guān)重要的。
例如，帶有倒角和反倒角的插銑加工，通常使用長(zhǎng)懸伸刀具按順序進(jìn)行加工。因此，設(shè)計(jì)要求加強(qiáng)剛性和減振能力。
為自動(dòng)生產(chǎn)線選擇最適宜的刀具及其刀柄通常需要特定的刀具尺寸，由工作站的參數(shù)、行程限制和可靠的排屑來(lái)確保不停機(jī)的生產(chǎn)循環(huán)。刀具制造商與機(jī)床制造商之間的必要合作以驗(yàn)證和確認(rèn)規(guī)劃的工藝和進(jìn)行正確的刀具選擇，無(wú)論是從初始設(shè)計(jì)到量產(chǎn)階段，還是生產(chǎn)后的優(yōu)化。
緊公差可以通過(guò)特殊定制的一體式刀具來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些刀具具有不同的接口，如CAMFIX或HSK。帶有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的刀具設(shè)計(jì)既可確保公差精度，也可保證刀具和工藝的穩(wěn)定性和剛性。
圖2 組合刀具-鉆削、倒角及加工孔口平面
配備了伊斯卡FTB、XNUW和PENTA刀片的旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)成形刀具，可實(shí)現(xiàn)一次進(jìn)刀加工出復(fù)雜形狀，縮短了加工周期。
加工中心上的車(chē)削作業(yè)，如外圓套車(chē)、鏜孔和反向鏜孔一般都是通過(guò)垂直于主軸中心線的直線軸加工來(lái)完成。這種類型的加工通常被稱為“ U軸”加工，即將刃具安裝在具有復(fù)雜運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和配重裝置的特殊刀體上。這些刀具要么安裝在模塊上，要么直接安裝在主軸頭上。
整體式和模塊化刀具都可采用CAMFIX、HSK、VDI或其他類型接口，同樣也適用于根據(jù)客戶要求開(kāi)發(fā)的定制刀具。
圖3 可調(diào)式組合刀具
大批量生產(chǎn)制造商，主要來(lái)自汽車(chē)、油氣行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)以及生產(chǎn)微小型零件的細(xì)分領(lǐng)域，是自動(dòng)生產(chǎn)線的主要用戶。伊斯卡團(tuán)隊(duì)通過(guò)與這些客戶長(zhǎng)期且富有成果的合作，在設(shè)計(jì)、研發(fā)和實(shí)施執(zhí)行中已逐步實(shí)現(xiàn)了高效可靠的刀具解決方案。這種客戶和機(jī)床制造商之間建設(shè)性的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系模式，尤其適用于為自動(dòng)生產(chǎn)線布局刀具時(shí)，在這兒生產(chǎn)率和零件成本之間達(dá)成平衡非常重要。
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