计算机模拟设计的新型镗杆——阻尼镗杆

2018-05-10 60

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在切削加工过程中，若工艺系统发生振动，加工中的正常运动会受到干扰，机床、工件、刀具间的正确位置关系被破坏，会使加工表面出现振纹、表面波度，恶化加工表面质量，降低刀具的耐用度甚至缩短机床寿命。

为了解决切削振动问题，日本三菱公司推出一种新产品——阻尼镗杆。阻尼镗杆的设计改变了原有减振消振方法，应用计算机模拟方法设计的镗杆减小了镗头质量，采用了特殊结构。阻尼镗杆具有良好的阻尼作用，使振动很快衰减消除，可保证良好的加工表面质量。

图1

1 阻尼撞杆的结构特点

阻尼镗杆采用由计算机模拟分析设计出的高刚性镗杆加上轻型刀头的合理结构，由于防止了挠曲，增加了阻尼作用，达到了遏止系统振动的目的。该阻尼镗杆具有以下结构特点：

大凹窝头部，整体重量轻，有利于抑止振动；
在两个方向上有容屑槽，排屑良好；
镗杆直径比ISO标准规定的最小加工直径还小；
刀杆侧面有激光刻制的刻度，便于加工定位；
可配耐磨性好的超高压烧结体刀片，刀片具有有利于提高加工质量的F、FS断屑槽、有利于切屑处理的MV断屑槽以及适于轻切削的SV断屑槽等。

如图1所示，阻尼镗杆上的凹槽使镗杆具有独特的断面形状，可以很好地平衡切削力，使挠曲减少17%；阻尼撞杆的头部重量仅为49.7g，比抗振镗杆头部重量减轻20.4g，使切削时振动减小，充分发挥阻尼作用，振动停止时间仅为15.8ms。阻尼镗杆的杆体材料有钢和硬质合金两种，硬质合金杆体的弹性模量大，刚性好，可加工具有较大长径比的孔。

2 阻尼镗杆用可转位刀片的特点

刀片材料
如表1所示，在不同的切削条件下加工不同的材料时，可选用不同材料和断屑槽的刀片。表1 阻尼镗杆所用刀片的推荐材料与断屑槽型式被切削材料软钢
(≤180HB)碳素钢～合金钢
(180～280HB)不锈钢铸铁铝合金淬火钢SV断屑槽(轻切削)NX2525
US7020NX2525
UE6020US7020
UE6020US7020   MV断屑糟(中切削)NX2525
US7020NX2525
UE6020US7020
UE6020US7020   F、FS断屑槽(槽加工)NX2525
VP15TFVP15TF
NX2525VP15TF
NX2525HTi10
VP15TFHTi10 CBN(精加工)     MB825精加工    MD220
表1中推荐的NX2525是微粒金属陶瓷，抗粘附性能好，适合高速切削硬度较软的材料；US7020适合高速切削不锈钢，也可用于铸铁件的镗削；HTi10适于加工铝合金与铸铁；金刚石MD220用于铝合金的精密高速加工；淬火钢精密镗削推荐使用MB825(CBN 材料)。表1中推荐的UE6020与VP15TF是两种新材料：UE6020涂层是切削钢材的首选涂层，它采用新开发的平滑沉积(Even Deposition )技术，既耐磨又耐破损，能防止熔附破损与熔附剥离；VP15TF 是在超微粒硬质合金TF15的基础上，采用三菱集团神户制钢所开发的miracle 涂层技术所构成的新刀片材质，其断屑槽经磨削加工，切削稳定，加工表面质量高。
选用不同的刀片断屑槽可有效地碎断和处理切屑，其切深与进给量范围如图2所示。

a
b图2 各种刀片断属．适用的切削范围

图3

刀片断屑槽结构特点
适合镗孔加工的SV与MV断屑槽结构如图3a、3b所示。SV断屑槽由半岛形凸台与两段断屑槽组成，在加工较软材料或切深小于1mm的工件时切削性能优异；中切削时采用MV断屑槽，其结构由球面凸台和两段断屑槽组成，可切削多种材料，在很宽的切削条件范围内均可获得满意的切削与断屑效果(见图2a )。
刀片形状
阻尼镗杆有多种型号，可分别使用三角形(T型)、80°菱形(C型)、55°菱形(D型)、35°菱形(V型)、六角形(W型)刀片。表2列出了各种刀片的切削稳定性、刀刃强度、经济性以及适应仿形加工的能力，可供选用时参考。一般来说，有效刀刃数多的刀片经济性好；刀片顶角越大，强度越高，切削温度越分散，除了会增加法向力外，总体上对切削是有利的；小顶角刀片适用于仿形加工。刀片形状通常是根据被加工工件的形状与尺寸选取的。

表2 阻尼镗杆所用刀片形状与性能比较刀片形状刀柄经济性稳定性切削刃强度仿形加工有效切削刃数顶角三角形FSTUP型◎3○○60° FSTUP…型(硬质合金刀柄) 2◎○60° 80°菱形FSCLC/P型 2○◎80° FSCLC/P型…型(硬质合金刀柄) 1◎◎80° 六角形FSWUB/P型◎3 ◎80° 55°菱形FSDUC型(主偏角93°) 2○○55°○FSDQC型(主偏角117°30) 2○○55°○35°菱形FSVUB/C型(主偏角93°) 2 35°◎FSVPB/C型(主偏角117°30) 2 35°◎注：◎第一推荐；○第二推荐

3 阻尼镗杆推荐的切削条件

采用钢制阻尼镗杆加工不同材料时推荐的切削条件见表3，硬质合金阻尼镗杆切削不同材料时推荐的切削条件见表4。表3 钢制镗杆切削条件被切削材料硬度加工形态L/d≤3L/d=4～5切削速度
(m/min)进给量
(mm/r)切深
(mm)切削速度
(m/min)进给量
(mm/r)切深
(mm)碳素钢、合金钢
(S45C、SCM440等)180～220HB精加工150(100～200)0.10(0.05～0.15)～0.2090(60～120)0.10(0.05～0.15)～0.20中切削110(60～160)0.25(0.15～0.35)～2.0060(40～80)0.20(0.15～0.25)～1.50不锈钢
(SUS340等)180～220HB精加工160(100～220)0.10(0.05～0.15)～0.20120(80～150)0.10(0.05～0.15)～0.20中切削90(50～130)0.20(0.15～0.25)～2.0060(40～80)0.20(0.15～0.25)～1.00淬火钢35～65HRC精加工100(80～200)0.10(0.05～0.15)～0.1560(40～80)0.10(0.05～0.15)～0.10铸铁
(FC250等)拉伸强度350N/mm²以下精加工130(90～160)0.15(0.10～0.20)～0.2090(60～120)0.15(0.10～0.20)～0.20中切削90(60～120)0.20(0.15～0.25)～2.0060(40～80)0.20(0.15～0.25)～1.50铝合金精加工300(200～400)0.10(0.05～0.15)～0.20250(200～300)0.10(0.05～0.15)～0.20中切削200(150～250)0.10(0.05～0.15)～2.00200(150～250)0.10(0.05～0.15)～1.00表4 硬质合金镗杆切削条件被切削材料硬度加工形态L/d≤6L/d=7～8切削速度
(m/min)进给量
(mm/r)切深
(mm)切削速度
(m/min)进给量
(mm/r)切深
(mm)碳素钢、合金钢
(S45C、SCM440等)180～220HB精加工150(100～200)0.10(0.05～0.15)～0.2090(60～120)0.10(0.05～0.15)～0.20中切削110(60～160)0.25(0.15～0.35)～2.0060(40～80)0.20(0.15～0.25)～1.50不锈钢
(SUS340等)180～220HB精加工160(100～220)0.10(0.05～0.15)～0.20120(80～150)0.10(0.05～0.15)～0.20中切削90(50～130)0.20(0.15～0.25)～2.0060(40～80)0.20(0.15～0.25)～1.00淬火钢35～65HRC精加工100(80～200)0.10(0.05～0.15)～0.1560(40～80)0.10(0.05～0.15)～0.10铸铁
(FC250等)拉伸强度350N/mm²以下精加工130(90～160)0.15(0.10～0.20)～0.2090(60～120)0.15(0.10～0.20)～0.20中切削90(60～120)0.20(0.15～0.25)～2.0060(40～80)0.20(0.15～0.25)～1.50铝合金精加工300(200～400)0.10(0.05～0.15)～0.20250(200～300)0.10(0.05～0.15)～0.20中切削200(150～250)0.10(0.05～0.15)～2.00200(150～250)0.10(0.05～0.15)～1.00

4 阻尼镗杆加工实例

钢制阻尼镗杆和硬质合金阻尼镗杆加工实例见表5。表5 加工实例使用工具FSCLP1816R-09SFSTUP1412R-09E使用刀片(材种)CPMH090304-MV(NX2525)TPGH090204L-FS(NX2525)镗杆悬伸长度80mm(L/d=5)48mm(L/d=4) 使用机床NC车床NC车床被加工材料切削条件切削速度(m/min)80210进给量(mm/r)0.20.11切深(mm)0.50.25冷却润滑液水溶性油剂水溶性油剂效果比原钢制抗振镗杆的悬伸长度提高1.7倍，可得到良好的加工表面。不产生振动，精加工表面质量高

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