迄今,據(jù)我們所知,現(xiàn)代減振工具系統(tǒng),起源于挪威特隆赫姆的一家制釘廠。該工廠從十九世紀開始從事制造業(yè),一直生產釘子和相關產品多年,可是在1967年,開始研發(fā)和制造減振刀桿,卻為公司(即后來的Teeness)今后經營方向發(fā)生重大變化播下了一顆種子。
一位年輕的工程師展示出了減振鏜桿的原樣模型,這是他大學畢業(yè)論文的成果。思路決定出路,Teeness富有創(chuàng)造力和想象力的工程師們清楚意識到振動問題的嚴重性(特別是內孔車削的振動),于是想方設法將自己的想法付諸實踐。
通過與山特維克可樂滿通力合作,然后接二連三的創(chuàng)新不斷,開發(fā)出了世界上獨一無二的Silent Tools減振刀具。
五十年前,由于加工作業(yè)時刀具出現(xiàn)振動顫抖,導致加工性能無法到達最佳水平、零件質量出現(xiàn)問題、噪聲水平過高、刀具使用壽命太短,甚至還加工出廢品。在很多情況下,根本無法加工,因此具有很大的改進潛力——人們正期盼選用和開發(fā)一種新型的加工手段。
六十年代,Teeness開始潛心研究幾十年,找出切削刃產生振動的根源、性質和處理方法。已經充分證明,振動可看成是切削刀具的可變撓曲,如果無撓曲,也就無所謂振動。刀具振動是由動態(tài)切削力引起的,只要有動態(tài)切削力,振動就會持續(xù),即使在表面看起來連續(xù)的切削中,切削力也會發(fā)生快速微小的變化。當時,消除加工振動的主要方式是增加裝刀的靜態(tài)剛度、降低作用在刀具上的切削力、增加動態(tài)剛度。正是處于后者的考慮,Teeness通過使用被動的動態(tài)減振器,形成了別具一格的新思路。
重載 鏜刀接桿570-4C
這種思路是基于刀具桿(本文系指鏜桿)內處于流體里的彈簧懸掛重物的振動。設計了額外的重物在切削頻力的刺激下自振,相對于切削過程中產生的不同于鏜刀桿的頻率振動,形成一種中和效應:減振效應因此產生,加工過程中的振動不能全部消除,但是可通過抑制刀具在可接受的極限范圍內而減至最低。創(chuàng)造性理念正是基于這種原理,在Teeness的工程師們的不斷探索創(chuàng)新的過程中,制造出了滿足工作需要的鏜桿。但是,正是在研發(fā)成果轉化時遇到了嚴峻的挑戰(zhàn)——刀具是否適銷對路、應用領域和經銷渠道都是未知數(shù)。
在幾年的研發(fā)成果轉化后,Teeness接觸到鄰國瑞典的當時處于世界領先的切削刀具制造商,尋求是否有合作的機會。山特維克可樂滿當時正在潛心研發(fā)大多數(shù)金屬切削的可轉位刀片刀具,馬上看好Teeness (TNS)理念的巨大潛力,同時指出了減振鏜桿的研發(fā)方向。1973年,可樂滿刀具程序采用了這種理念。經過一段時間以后,減振工具系統(tǒng)一路騰飛,深受人們的青睞,在全世界得到廣泛的應用。
首批山特維克可樂滿TNS減振鏜桿共有三種直徑規(guī)格:32 mm、40 mm和50 mm, 長度分別為 450mm、550 mm和700 mm —— 用于無故障加工,懸伸可達十倍直徑。這些鏜桿的刀頭可互換,可快速調整,并且可使用不同類型的刀架和可轉位刀片。新型設計包括:一塊浸入特種油中由彈簧懸掛的、質量為中等到重型的合金塊。特種油從加工過產生的振動中吸收能量,并將能量轉換成被由吸收的熱量。合金塊的慣量可通過鏜桿上的調整螺釘設定,從而設定振動頻率,改變彈簧懸架的張力,達到最佳的減振效果。鏜桿還設有內冷系統(tǒng),有助于排屑。
我們對內孔車削也做了大量的改進,即使是第一款產品也是如此:金屬去除率翻番。當懸伸長度是直徑的八倍和采用較高的切削參數(shù)時,大大地提高了精加工的表面粗糙度,表面粗糙度為Ra 1.3,而傳統(tǒng)的實心鏜桿為Ra 8.8微米。
到1980年時,山特維克可樂滿TNS推出了短式鏜桿,使用的懸伸長度為直徑的七倍。這種鏜桿的優(yōu)勢是不需要調整,便可達到優(yōu)化的減振效果。這種設計是一個深度的創(chuàng)新,通過減振裝置的設置,覆蓋了鏜桿懸伸范圍內所有可能的振動頻率。采用再創(chuàng)新技術,使得減振刀具的使用更加簡單容易,同時可節(jié)省裝刀時間。
接下來使用了山特維克可樂滿行業(yè)領先的刀具材料——硬質合金不僅僅用作切削刃,同時還用作增加刀具靜態(tài)剛度的鏜桿套筒(靜態(tài)剛度是鋼的2.5倍)。減振鏜桿的懸伸可加長至直徑的十二倍。而且也意味著有大量旋轉刀具可以使用減振刀桿。把不可能變成可能,一切皆有可能——使用硬質合金的高切削參數(shù)指日可待。由于減振刀具破解了世界難題,所以被廣泛認可和接受。
從八十年代開始,由于科技進步,多種制造行業(yè)遇到的零件都需要深孔加工,有時候這種加工還相當復雜。例如航空工業(yè)、能源行業(yè)、模具行業(yè)就有大量加工難度大而要求特別嚴格的復雜孔洞或腔室。同時,通用工程行業(yè)、汽車制造業(yè)和機床制造行業(yè)也有很多制造商選擇減振刀具,解決其他刀具無法解決的問題。這種獨具特色的減振理念用于標準刀具已經有十多年的歷史,同時還用于訂制的刀具,適合各種特殊的機床、零件和加工。例如,加工圓柱形、錐形、彎曲和橢圓形鏜桿段。目的是最大限度地增加深孔加工的剛度,達到最佳的減振效果。當時,Teeness和山特維克可樂滿共同積累了更深刻的設計和應用減振刀具方面豐富的專業(yè)知識和寶貴經驗。
九十年代,隨著油氣行業(yè)快速發(fā)展,需要大量的深孔加工零件。平身車床獲得了重生,部分車床銷往石油國家。這些車床剛性更大,裝備更精良,能加工石油勘探件的深孔。我們研制了多種專用減振鏜桿(580型),直徑范圍80~300 mm,最適合鏜桿長度是十倍孔徑的粗加工和精加工,特殊場合可達到十五倍孔徑。這些鏜桿需要通過徑向調整螺釘用手動精調,并且裝有可互換的刀頭。還可采用直徑最大、重量大約三噸的硬質合金增強型鏜桿。這些鏜桿為多種惡劣加工作業(yè)提供了解決方案,同時還縮短了石油設備零件的交貨時間。
對于斜身CNC車床,我們開發(fā)了預調式減振鏜桿(570型)的標準程序,直徑范圍16~100 mm。這些鏜桿裝有小巧輕質的切削單元,更換方便,通過鋸齒型聯(lián)軸節(jié),安裝十分牢固。短桿和長桿都有,分別可達7~10倍直徑。采用這些鏜桿的解決方案特別高效、使用非常方便,可適合多種不同的內孔車削加工,同時還專門用于不同行業(yè)的多種不同應用。這些鏜桿是當今減振刀具減振程序的先行者,刀桿包括傳統(tǒng)的圓柱式接柄、或Coromant Capto接口、刀桿前端CoroTurn SL和QC用于刀頭的快速更換,用于內孔車削、開槽和螺紋加工。為了實現(xiàn)更好的加工經濟性,車床的刀具快換功能越來越被視為一種重要途徑,并且減振鏜桿已經成為刀具大家庭的重要一員。
阻尼鏜刀桿
振動是銑削和鏜削所使用的旋轉刀具所需要解決的問題?,F(xiàn)在,由 Sandvik Teeness開發(fā)的Silent Tools減振刀具已經有了適合需要長刀具懸伸加工領域的解決方案。 我們已經為這些與單點車削有較多不同的方法的特殊要求,專門開發(fā)了一系列的不同長度的接柄以及可換頭刀具。在該解決方案中,銑削刀具或鏜削刀具可以采用更高的切削參數(shù),提供了更好的加工結果以及更長和更安全的刀具壽命。包括了Silent Tools減振接桿在內的刀具組件是解決方案的一部分。目前已經開發(fā)出來了減振系統(tǒng),它可以直接植入到某些長柄銑刀中,例如立銑刀。在某些工業(yè)部門例如模具制造業(yè)的應用中,要求立銑刀能深入到很深的地方。
在多任務機床和銑車機床中,有多種不同型號和懸伸的減振刀具也正在變得越來越重要。從七十年代開始,為了解決各種不同行業(yè)的復雜應用,作為標準刀具或先進的訂制鏜桿的減振刀具的開發(fā)一直在不斷發(fā)展中,也包括了機床制造商的解決方案。時至今日,減振單元已經可以與鋸齒型鎖定( Serration Locking)的刀板組合使用,這是特別為航空工業(yè)和能源工業(yè)開發(fā)的,它可以切削更深而復雜的溝槽,而且常常是用于難以加工的材料上。
現(xiàn)在,Silent Tools減振刀具產品范圍包括最大直徑到250 mm的標準刀具。最大鏜桿的直徑為450 mm,具有10倍直徑的懸伸,重量達7噸。加工中心上使用的CoroBore系列中,減振刀具在旋轉刀具應用中用得越來越多。在車削中心上,減振刀具的快換裝置也越來越多地被應用,例如當使用可樂滿Capto C10連口時,快換裝置就具有很大的優(yōu)勢。此時,鏜桿不容易卸下,當鏜桿在轉塔上的情況下,就難于執(zhí)行其它工序。不是每次都要安裝上大的鏜桿,而是使用快換裝置即可通過更換切削頭輕松完成。每次安裝大的鏜桿需平均費時40分鐘,而使用快換裝置,只需要5分鐘。也可以安裝自動換刀裝置,例如,使用機械手(它也更換零件)更換一個有14倍直徑懸伸的100 mm Silent Tool 減振鏜桿。
最近,我們與大型銑-車機床的制造商一起推出了用于大直徑減振鏜桿的最先進的解決方案。所牽涉的工序是長的鈦合金零件的內孔車削。鏜桿是訂制的,它能達到13倍176 mm的直徑的深處,非支撐部分長度達到2300 mm。此外,還必須有在鏜桿前面裝有自動換刀裝置。為了保證操作安全性,需要使切屑的易于排出,因此,鏜桿還裝配了提供超高壓冷卻液 (350 bars)的噴嘴,以確保將冷卻液噴射到切削刃處,以利于切屑輕松排出。
Silent Tools減振刀具是目前減振刀具中全球領先的品牌。自2008年以來,位于挪威的Sandvik Teeness從最初產生要開發(fā)減振刀具的想法到今天的領先位置,走過了漫長之路。如今,它成為山特維克可樂滿減振加工的全球能力中心,主要從事研究、概念開發(fā)、訂制和標準刀具的設計以及應用支持。
如今,創(chuàng)新的、已獲專利的減振系統(tǒng)被全球公認為是最先進的技術。盡管與最初的概念相比已有很大的不同和發(fā)展,但是,刀具減振仍然可以說是基于重質量,由專門設計的在特殊液體中的橡膠彈簧支撐的原理。這是對動態(tài)振動本質的研發(fā)以及數(shù)十年解決刀具可達深度的實踐應用的結果 —— 這一點使得山特維克可樂滿的Silent Tools減振刀具從最初解決振動問題的工具到現(xiàn)在的成為提高生產效率的一種強大手段。