傳統(tǒng)車削技術(shù)的創(chuàng)新

傳統(tǒng)ISO車削技術(shù)里的創(chuàng)新和高技術(shù)替代方案一樣重要

許多講座、研討會(huì)和專業(yè)刊物都相當(dāng)關(guān)注諸如高硬度材料車削、超精加工、干式和高速車削之類的先進(jìn)技術(shù)，而傳統(tǒng)ISO車削技術(shù)里的發(fā)展看起來似乎是停滯不前。但事實(shí)卻遠(yuǎn)非如此。由于多方向車削這樣低成本的技術(shù)通常有更驚人的生產(chǎn)率提高也能通過非傳統(tǒng)替代方案獲得，但是通常起點(diǎn)成本要低得多。同時(shí)新的硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)研發(fā)使得ISO車削和硬材料精密車削之間的界限似乎正變得模糊不清。

在工程界所有的事情都圍繞著提高生產(chǎn)率和降低成本。生產(chǎn)率是在給定時(shí)間內(nèi)用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)施生產(chǎn)的合格產(chǎn)品數(shù)量。獲得這些產(chǎn)品的總成本是材料成本、刀具成本、機(jī)床成本、工資支出加上為冷卻、安全、基礎(chǔ)設(shè)施等的企業(yè)一般管理費(fèi)用的合計(jì)。

如果我們只看刀具，那么提高質(zhì)量和更高的切削參數(shù)提供增加生產(chǎn)率的機(jī)會(huì)。通過采用適當(dāng)?shù)牡毒吆徒档颓邢鲄?shù)而延長刀具壽命來降低成本屬于其它的可能因素。盡管刀具成本占總成本的比重較小，不管怎樣增加刀具壽命對于總成本是有正面影響的。如果大幅提高切削速度，刀具壽命下降，則需要更多的刀具來生產(chǎn)同樣數(shù)量的產(chǎn)品。為了緩和采購成本和生產(chǎn)率之間的利益沖突，接下來要做的事情就是研發(fā)更高級(jí)的刀具和切削材料。

圖1 降低成本和提高生產(chǎn)率的基礎(chǔ)：好的刀具，正確的切削參數(shù)，良好的加工工藝知識(shí)

傳統(tǒng)車削

盡管硬車削、干式車削 （或者最小量潤滑車削）和高速車削等新技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，在多數(shù)公司里，車削技術(shù)仍然被視為傳統(tǒng)技術(shù)。如銑削加工日益采用更高切削速度的方法，在車削加工中卻很少使用。部分原因是所謂的ISO車削開發(fā)肯定不是停滯不前。這些新技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是在初始費(fèi)用不是很高 （不需要新機(jī)床或新設(shè)備）的前提下確實(shí)能很快獲得生產(chǎn)率的提高并降低成本。

刀片選擇系統(tǒng)

面對品種數(shù)量巨大的硬質(zhì)合金刀片，用戶幾乎分辨不請?jiān)撨x擇什么型號(hào)的刀片來加工某種材料。為此，刀片制造商開發(fā)了刀片選擇系統(tǒng)，將所有相關(guān)信息印刷在刀片包裝盒上，幫助用戶清楚地了解在某一特定情況下那種刀片是最佳選擇。

如果實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)到硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)和斷屑槽形式的選擇時(shí)，刀片選擇系統(tǒng)分類模型能夠解決現(xiàn)存的ISO標(biāo)準(zhǔn)模棱兩可的問題。通過實(shí)際工況可確定選擇什么樣的刀片。對從技術(shù)層面上能夠從眾多的刀片中選擇出最合適的刀片。刀片測試試驗(yàn)?zāi)軌虻玫侥囊环N刀片和切削參數(shù)加工某種材料效果最令人滿意。一個(gè)重要的評判準(zhǔn)則還是刀片的刀具壽命。這樣如果你大量的刀片庫存，則針對每一種工況都能找到最合適的刀片。

對于一個(gè)給定的車削應(yīng)用，使用刀片選擇系統(tǒng)能夠很容易地、系統(tǒng)地快速選擇一種合適的刀片（在技術(shù)上性能良好和具備應(yīng)用范圍廣兩者之間獲得最佳平衡）。這是通過使用三種基本種類的材料 （碳鋼、不銹鋼和鑄鐵）和三種加工工況 （精加工、半精加工和粗加工）組成的矩陣來實(shí)現(xiàn)的。對于這九個(gè)基本應(yīng)用，每一個(gè)都定義一個(gè)推薦的基本刀片。接著在對這個(gè)推薦的基本刀片進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，將硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)和斷屑槽形兩者分別都被考慮進(jìn)去。根據(jù)刀片選擇系統(tǒng)，可行的刀片實(shí)際上被標(biāo)記在刀片包裝盒上。刀片包裝盒上表示了應(yīng)用的范圍（在九個(gè)方塊組成的矩陣?yán)铮┖突厩邢鲄?shù) （推薦的切削速度、進(jìn)給量和切削深度）。

多方向車削

所謂的多方向車削 （MDT）是用一把刀具完成涉及端面和軸向車削、內(nèi)孔和外圓車削、切斷、仿形車削、割槽以及最近增加的螺紋車削在內(nèi)的所有車削加工。具備這種多功能的刀片在各個(gè)方向都受到交變應(yīng)力。因此這牽涉到刀片和刀桿之間的完美連接問題。有的刀具制造商為此設(shè)計(jì)了一種頂部V形壓緊同一種鋸齒形刀片接觸表面結(jié)合的方案 （圖3）。

這種設(shè)計(jì)能保證在換刀片時(shí)有一個(gè)精確的位置（精確度），而且刀片在刀桿里有最大的穩(wěn)定性。對于安全性、加工能力、工件表面質(zhì)量、避免振動(dòng)和重復(fù)精度來說，穩(wěn)定性是關(guān)鍵因素之一。

圖4對于有許多不同的直徑、窄槽和輪廓的小型復(fù)雜工件來說，多方向車削是一種有優(yōu)勢的技術(shù)。

多方向車削特別適用于有許多不同的直徑、窄槽和輪廓的中小型復(fù)雜工件。其典型例子是齒輪箱的軸、曲軸、凸輪軸、接頭等。對于這種類型的復(fù)雜工件用一把MDT車刀就能代替一整套刀具，其結(jié)果是節(jié)約了加工成本。這里還有一個(gè)明顯的物流方面的好處：庫存刀具數(shù)量大量下降。

多方向車削刀片還有單頭或雙頭、有斷屑槽和無斷屑槽、不同的刀尖圓弧半徑、有不同的幾何形狀、不同種類的硬質(zhì)合金制成、不同的刀片寬度等可供選擇。

最經(jīng)濟(jì)的選擇是雙頭刀片 （刀片的兩端都有切削刃）。如果應(yīng)用場合需要整個(gè)刀片長度上都要有后角，最好選擇單頭刀片。在低速低進(jìn)給條件下應(yīng)該選擇窄刀片。大切深高進(jìn)給時(shí)推薦寬的刀片。所需的刃口形狀直接和應(yīng)用有關(guān)。例如有針對精加工和切深槽、普通車削和切淺槽、普通仿形車削、切鎖緊環(huán)槽、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)O形圈槽等加工的各種形狀的刀片。針對特殊應(yīng)用，刀具制造商還可以提供包括許多特殊形狀和槽形的刀片。最后，當(dāng)然還可以選擇不同的硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)。

新的硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)

在ISO車削范疇里，自從多方向車削刀片出現(xiàn)后，多方向車削在早已家喻戶曉的ISO刀具里贏得一席之地?？墒沁@些ISO刀具仍然繼續(xù)扮演一個(gè)很重要的角色，即使是僅僅因?yàn)樗鼈內(nèi)匀淮淼毒哳A(yù)算里最大的成本項(xiàng)目。目前的趨勢是朝向進(jìn)一步成本控制，這就是為什么那個(gè)領(lǐng)域的開發(fā)是如此的重要。用這些刀具來既提高生產(chǎn)率又控制成本就顯得尤其重要。

圖5斷屑槽圖給出了根據(jù)可能的應(yīng)用和進(jìn)給量的不同斷屑槽形的圖例解釋。選擇一種良好的斷屑槽和正確的進(jìn)給量是形成優(yōu)化加工的基礎(chǔ)。

斷屑槽形當(dāng)然是首要的要素。如果在車削過程里切屑形成和控制未達(dá)到最優(yōu)化，其他都要免談。針對提高生產(chǎn)率而不會(huì)造成成本成比例增加的一個(gè)要素是高進(jìn)給量車削。獲得最優(yōu)化 （高效和便宜）車削的基本原則仍然是以可能的最高進(jìn)給量進(jìn)行加工。而且當(dāng)然要保證斷屑槽形適合這樣做。對這個(gè)基本原理有嚴(yán)格影響的工藝是精加工。但自從有了修光刃刀片上述的基本原理也能應(yīng)用到精加工。

圖6有了修光刃槽形就能在高進(jìn)給量下獲得良好的表面粗糙度。因此在精加工時(shí)也能針對更好的生產(chǎn)率和更低的成本進(jìn)行優(yōu)化。

為了獲得良好的表面粗糙度必須使用相對較低的進(jìn)給量。自從車刀片有了修光刃槽形，情況就不再這樣了。精車時(shí)選擇很高的進(jìn)給量而且仍獲得好的表面粗糙度現(xiàn)在是可能的。使用這些修光刃槽形的另外一種可能形勢仍保持低進(jìn)給量，但是因此可獲得相當(dāng)于磨削的表面粗糙度。其他的要素是硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)。如果我們確信排屑良好可靠，我們就能夠把硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí) （和切削速度）作為優(yōu)化的目標(biāo)。

結(jié)論

和銑削加工相比，車削近年來亮點(diǎn)較少。不管怎樣，刀具并沒有在這方面停滯不前，而能得到的生產(chǎn)率提高和成本節(jié)約是使人印象深刻的。

圖7現(xiàn)代車削刀片的性能由硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)（基體和涂層）、宏觀角度、斷屑槽形、刀尖角度和微觀角度 （切削刃角度）決定。

一方面有許多加工技術(shù)上的改進(jìn)，其中硬車或許被認(rèn)為是最重要的。另一方面有許多刀具技術(shù)里的重要改進(jìn)，其中多方向車削刀具技術(shù)是最耀眼的。但是絕大多數(shù)的車削加工 （當(dāng)然是小批量生產(chǎn)）仍使用傳統(tǒng)ISO刀具。為了使這些刀具和相應(yīng)的切削工況有利可圖，對車削過程進(jìn)行優(yōu)化當(dāng)然是值得注意的。在上世紀(jì)80年代中期最初的優(yōu)化浪潮之后，最近開發(fā)的斷屑槽和刀尖角度的新一代硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)形成了第二波優(yōu)化浪潮的推動(dòng)力。