零件组装成各种机器。不同零件又有多种多样的表面,除主要的工作表面;运动和装配的支承表面等外,还有许多的表面,如各种表面和孔口边缘的倒角面,零件互相连接的螺钉孔及其两端面,荫蔽螺钉头和螺母的的埋头沉孔等等。虽精度要求不高,但它们在机器中有相应的作用,也需逐一加工,不可缺少,一台机器这类表面加在一起,总加工量是非常大的。如孔口不加工,留有毛刺尖角,机器运转时,也可能是机器运转过程中产生应力集中和疲劳裂纹的根源,裂纹的延伸扩大后果非常严重。毛刺脱落掉到零件工作和支承表面,会直接影响机器工作性能,也可能造成机器损伤。毛刺不去除会影响下面工序的定位。除去毛刺做出倒角有利于配合零件间的装配。孔口端面与孔中心应垂直,否则螺钉或其他配合件锁紧后会对自身和被连接件都造成附加弯曲载荷,也影响机器的工作性能和使用寿命。故这类表面加工不可忽视。通孔进出口两端的毛刺,倒角,端平面,埋头孔等加工。一般必须翻转零件,多次定位安装才能完成;有些不对称和特别形状的零件,翻转后没有可靠的工艺定位基面,还必须重新设计制造特殊专用夹具;大零件的翻转再定位很费工费时等;这些均使整个机器的生产效率下降,为这些表面加工而不得不增加许多成本。
基于关注以上这些量大而平凡又繁琐的问题,1961年好优利(HEULE)公司在瑞士成立,他们大力研究开发能在一个工序,一次安装,一次往复走刀中,高质量高效地完成通孔进出口两端去毛刺,倒角,锪出两端平面,埋头孔,甚至包括钻孔等复合工步的专用刀具和加工方法。他们独特杰出的创意,及所开发的精致精巧简易而可靠的刀具和工艺引起全球制造业的重视,目前分销商现遍布各地,并在美国和中国等处设立了分公司。先师前日本精机学会会长竹山秀彦教授曾说“最简单可靠高效的是最先进的”。确实这是最平凡的真理。
当前HEULE公司主要开发了以下四大类产品即;⑴COFA通用型去毛刺刀具⑵以SNAP型GH-S型DEFA型等为代表的倒角加工刀具⑶以VEX-S型VEX-P型为代表的钻孔和倒角加工复合刀具。⑷以SOLO型GH-Z/E型BSF型GH-K型等为代表的锪孔刀具。下面分别予以介绍和说明。
㈠COFA通用型去毛刺刀具---能在一个工序一次安装一次往返走刀中能快速地去除平面或非平面孔口正反向毛刺。它被广泛地应用在手工或自动化的批量生产中。如图1是它的可加工表面示意图和刀具结构动作示意图。由图知,特殊形状刀片装在固定于刀体的销轴上,刀片受到弹簧片一定的控制。刀具工作进给开始切除孔口正向毛刺后,同时受孔壁阻力,刀片绕销轴回转,弹簧片被迫向里弯曲,刀尖走出圆弧面,除去毛刺后,刀片可完全进入孔中,启动快速进给,刀具快速穿出孔外并在弹簧恢复力作用下,再向外伸出至适当位置,向后快进工进以刀片另一侧刀刃加工反侧毛刺,同理加工后,刀片回转进入刀体,快退返回至原位置,完成加工。COFA与同类其他产品比较,它能非常容易在不平整孔口和交叉孔口去除毛刺。迄今尚无其他产品可相媲美。由于不同被加工材料机械性能不同,具体使用时,应选择不同弹簧特性指标(Spring index)的弹簧片,不同的刀片材料和涂层种类。不同直径的COFA刀具结构形状有所不同。
图1 COFA刀具可加工表面和刀具结构及工作示意图
㈡正反面倒角加工刀具方面,SNAP型是最方便实用的单刃高效经济型刀具,刀片可以快速更换,它适应自动化批量生产和任何环境。图2为其刀具及加工示意图。由图知,在弹簧压力作用下,控制销紧靠在刀片背部特殊的斜槽中,但能使刀片顺畅伸出,进行倒角加工,加工后在侧壁压力作用和刀片相应形状配合下可顺畅退回。依靠刀片顶端流畅的圆弧表面设计,刀片通过孔时,不会对孔造成伤害,甚至对铰削过的精加工孔壁也不会造成任何伤害。在加工好正面倒角后,再加工反向倒角时,无需停止主轴改变其转向转速。
SNAP有三种牌号的刀片结构形状,它们均有多种材料和涂层,可据被加工材料,孔径,精度要求的不同去选择,刀片的具体尺寸各型一般由倒角大小来确定。刀杆则可据孔径大小选,为适应不同孔径或螺孔有多种SNAP型号的刀杆。可供选择。SNAP型刀具加工范围为Φ2到Φ35,倒角宽度为0.2-1.5。
1刀杆2控制销3弹簧4距离钉5调节螺钉6刀片。
图2 SNAP刀具及可加工表面示意图
GH-S型和DEFA型都是可调式双刃倒角加工刀具,它们的刀片材料和涂层可据被加工材料来选择。虽一般倒角加工可由SNAP担当,但GH-S具有刚性高的联动系统更适加工不完整孔,交叉孔和较高精度的孔口倒角。加工后其两刀片在精确联动系统通过控制销作用,同时使之收缩进入刀体,穿过孔时不划伤孔壁。DEFA刀具其功能,结构与应用近于GH-S,刚性也高,可用在产生较大毛刺的难加工材料上,如航空工业用钛合金,镍基耐热合金等以及要求较高的孔口倒角加工中。GH-S型的刀具图和加工示意图见图3。GH-S型加工直径范围是Φ4到Φ100,倒角宽度为0.1-2毫米。DEFA型加工直径范围是Φ4到Φ45,倒角宽度是0.1-2毫米。
图 3 GH-S刀具及可加工表面示意图
㈢VEX-S型,VEX-P型钻孔倒角复合刀具;用这类刀具可以在一个工序一次安装一次往复走刀中,完成钻孔,孔口单面或双面倒角的复合工步。经济实用效率极高。钻孔用的钻头有两种一是麻花钻形,2一为扁钻形,它们都具有专利VEX型特殊结构,优点为易定心,均具有凸的主切削刃和凹而大的排屑槽,加工中多生成易排出的短切屑,即使由于某些工件材料特性会产生长切屑时,也可将它们排出。两种钻头可以方便更换,均可内供冷却液。倒角加工则是利用前述可靠紧凑的SNAP倒角加工结构系统。VEX-P型刀具前装的是整体的麻花钻,麻花钻后部有螺栓可拧入刀杆前端,图4是VEX-S型刀具它夹持的钻头是扁钻形,它采用独特的三明治方式以螺钉紧固。 VEX-S可钻孔径为Φ5-Φ11.5。VEX-P则为Φ11-Φ16
图4 VEX-P刀具图及可加工表面示意图
㈣SOLO(单刃)和GH-Z/E(双刃)BSF(单刃)刀具用于高效锪孔口正反面或只锪反面的沉孔,GH-K(3刃)刀具用于锪锥孔。SOLO型可用在加工中心,多轴机床等多种设备上。可加工材料的机械性能范围广,也可加工断续表面上沉孔,加工孔径为d=Φ6-Φ25,沉孔直径为2 其动作原理是装在机床主轴上的刀杆在刀具未回转时,离心重块在中心,精巧的联动机构使刀刃内藏在刀杆中,轴转动,重块向外移动到一定位置,联动机构带动驱动杆传动刀片径向伸出进行加工。轴停转,在弹簧力作用下,可把重块返回。使刀片退出返回。予先设计好的各规格系列决定不同伸出尺寸,选用即可。整个过程操作方便,加工质量可靠。图5为SOLO型的刀具图和加工示意图。
图5 SOLO刀具及其可加工表面示意图
GH-Z/E型刚性好,能稳定地精确地加工螺孔背面及难加工材料的沉孔和进行大零件背面的反括。针对不同被加工材料,可分别选用不同材质,涂层,槽型的刀片,刀具的内冷结构可使冷却液直接作用于刀尖。在CNC加工设备上,刀具内的传动机构保证主轴逆时针转动时,刀片缩回内藏,主轴顺时针转时,刀片伸出进行加工。据需要是锪单面,还是双面沉
图6 GH-E/Z锪沉孔刀具及加工示意图
孔,确定后可在程序制定中决定主轴往返进给路径和正反转的路程和时间。GH-Z/E刀具可在予加工孔径Φ20-Φ80的范围内,加工沉孔直径为2 它的刀具图和加工示意图见图6。
GH-K型刀具主要用于在已加工孔口锪出60 圆锥形沉孔,它也可直线进给加工出零件直边上的倒角,插补加工其他形状角缘的倒角,加工范围广。它的刀体可装上三片经修磨过的专用刀片,其内冷却系统可将冷却液直接作用于刀刃。它有二个系列;一系列加工孔口直径范围由Φ3到 Φ25,另一系列由Φ4到Φ45。图 7是它的刀具和加工示意图。
图7 GH-K无颤振锥形沉孔加工刀具及加工面示意图
还有一种只能锪背面沉孔经济型的BSF型刀具,刀片如杠杆装在轴销上,一端是向上的切削刃,可伸出刀杆外。另一端有一向上的承压面。刀具不转时,刀具内部冷却液作用于滑阀的活塞,活塞推动控制杆加压于刀片的承压面使刀刃部分向上转入刀体内,整个刀具穿个已加工孔,刀具转动,冷却液卸压经另一回路流向刀刃一侧冲出,在离心力作用下,刀刃部分伸出进行反锪,冲出的冷却液起冷却润滑作用,加工完成后,刀具不转,如上述。刀片收回退出,准备下一次加工。
除以上标准产品外,好优利公司考虑到不同行业零件结构形状不同,材料和加工设备不同,机械加工工艺规程和要求都有不同,可以分别为各行业灵活地提供特制刀具,以使这些专用刀具在不同领域发挥最大效果。
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作者:何发
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