沈陽第一機(jī)床廠近年來，生產(chǎn)線的構(gòu)成已逐步由專用機(jī)床轉(zhuǎn)沈陽第一機(jī)床廠換為柔性更好的小型加工中心，尤其是汽車零部件的新型生產(chǎn)線，大都已進(jìn)行了更新?lián)Q代。小型加工中心的主軸轉(zhuǎn)速很高，與大型加工中心相比，剛性相對(duì)較低，因此，要求所用刀具在剛性較低的機(jī)床上，仍能發(fā)揮高效切削加工性能。用戶迫切要求工具廠家開發(fā)出低切削力、多功能、高精度、高效率的切削工具。
三菱綜合材料公司的APX立銑刀(圖1)就是為滿足上述要求而開發(fā)的新產(chǎn)品。APX立銑刀是利用切削仿真技術(shù)對(duì)齒形進(jìn)行重新設(shè)計(jì)的新一代可沈陽第一機(jī)床廠轉(zhuǎn)位多功能立銑刀品種。
APX立銑刀的特點(diǎn)
剛性高，切削力小
具有最佳三維曲線切削刃形狀
多功能
刀片材料耐磨性優(yōu)異
為了降低切削力，在APX立銑刀的設(shè)計(jì)中采取沈陽第一機(jī)床廠了多種措施。首先，為了提高切屑剝離性能，將前刀面設(shè)計(jì)為凸起狀(圖2)，前角取得很大，如刀具直徑為Ø25mm時(shí)，徑向前角最大取為+25°，軸向前角最大取為+18°；其次，為了提高排屑性能，將刀片設(shè)計(jì)成二級(jí)前刀面，凸起狀刀齒可減小與切屑的接觸面積，從而降低切削力(圖3)。這種刀具設(shè)計(jì)應(yīng)用了切削仿真技術(shù)，預(yù)先計(jì)算出實(shí)際切削時(shí)的切削力和切屑的溫度。另外，后刀面被壓制成螺紋狀，以提高其抗破損性能。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)沈陽第一機(jī)床廠點(diǎn)是切削時(shí)不易發(fā)生顫振，即使在BT30等低剛性機(jī)床上進(jìn)行銑削加工，APX立銑刀也可充分發(fā)揮其優(yōu)異性能。
圖4所示為APX立銑刀與其它公司最新刀具品種所耗功率的比較。被加工材料SCM440，切削速度160m/min，切深6mm，切削寬度6mm，進(jìn)給量0.1～0.2mm/齒，采用干式順銑加工。結(jié)果表明，APX立銑刀所耗功率最小，切削刃鋒利度最高。圖5所示為抗破損性能的比較。三菱公司的產(chǎn)品沈陽第一機(jī)床廠由于齒形設(shè)計(jì)特殊，并經(jīng)過miracle涂層處理，在切削力較低的情況下，仍具有良好的抗破損性能。
刀片主切削刃部分為凸起狀三維曲線形狀，可加工出高精度側(cè)壁表面，提高零件的加工質(zhì)量。這種三維形狀是對(duì)切屑生成方向等進(jìn)行仿真解析后設(shè)計(jì)而成(圖6)，它可以使切屑在最適宜的時(shí)候剝離，從而使被加工零件獲得極為良好的加工表面。
圖7所示為切削加工側(cè)壁表面時(shí)的偏差測(cè)量結(jié)果。當(dāng)切削深度為6mm時(shí)，APX立銑刀加工側(cè)壁的偏差值為21µm，其它公司的同規(guī)格刀具的加工偏差值均大于APX立銑刀。如用A沈陽第一機(jī)床廠PX立銑刀進(jìn)行精加工，切削負(fù)荷更小，其偏差值甚至已接近可忽略不計(jì)的水平。
APX立銑刀與三菱公司以前的產(chǎn)品相比，多功能的特點(diǎn)最為突出。APX立銑刀可進(jìn)行各種加工作業(yè)，用一把刀具即可完成各種三維切削加工。特別是用于飛機(jī)零件的葉片加工等領(lǐng)域時(shí)，更可發(fā)揮其獨(dú)特的切削效果。另外，在刀柄設(shè)計(jì)方面，柄部直徑略小于刀齒直徑，是一種偏置式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)便于進(jìn)行深腔加工。
APX立銑刀配備了兩種miracle涂層刀片，即“VP15TF”和“VP20RT”，前一種沈陽第一機(jī)床廠刀片已公開發(fā)售，后一種刀片擬于2005年5月投放市場(chǎng)�！癡P15TF”是一種適應(yīng)性廣泛的通用型刀片；“VP20RT”則是只限于不銹鋼加工的專用型刀片。圖10所示為切削高硬度材料SKD11(50HRC)時(shí)磨損情況的比較。切削條件為切削速度80m/min，切深5mm，切削寬度1mm，進(jìn)給量0.05mm/齒。在試驗(yàn)過程中，VP15TF涂層刀片具有非常長的使用壽命。APX立銑刀切削長度達(dá)10m以后，刀具沈陽第一機(jī)床廠后面磨損量僅0.14mm，而其它公司的刀具在相同切削條件下，切削長度在5m以下即出現(xiàn)劇烈磨損。
附表所示為在BT30BT30、BT40加工中心上的切削實(shí)例。例1為在BT30立式加工中心上加工，該用戶采用原有刀具加工時(shí)，因振動(dòng)而產(chǎn)生很大噪聲，作業(yè)環(huán)境較差；采用APX立銑刀加工后，噪聲大幅度減小，工具壽命延長2倍以上。例2表明，采用原有刀具加工后，出現(xiàn)較大毛刺，去除這些毛刺極為費(fèi)時(shí)，加工成本相應(yīng)提高；改用APX立銑刀后，由于切削刃鋒利度高，毛刺也較少，加工后去毛刺的時(shí)間大為縮短。例3為干式加工的實(shí)例，采用原有刀具時(shí)，切削熱很高，工件往往因產(chǎn)生熱變形而報(bào)廢；采用APX立銑刀后，切削熱大幅度沈陽第一機(jī)床廠下降，有效抑制了工件變形，可進(jìn)行穩(wěn)定的干式切削加工。例4是在高剛性加工中心上進(jìn)行高效率溝槽加工的實(shí)例，機(jī)床功率5.5/3.7kW，最高轉(zhuǎn)速8000r/min，被加工材料S55C，切削速度160m/min，進(jìn)給量0.25mm/齒，切深6mm，切削寬度20mm，APX立銑刀所耗功率較低，但切削效率卻達(dá)到143cc/min，加工面質(zhì)量也極為良好。
圖7 加沈陽第一機(jī)床廠工側(cè)壁表面的質(zhì)量對(duì)比
圖8 多種加工功能
圖9 刀柄結(jié)構(gòu)
圖10 加工高硬度材料時(shí)的耐磨性比較
加工實(shí)例例1例2例3例4
刀具型號(hào)APX3000R162SA16SAAPX3000R203SA20SAAPX3000R162SA16SAAPX3000R203SA20SA
選用刀片AOMT120616PEERM
(VP15TF)AOMT120608PEERM
(VP20RF)AOMT120608PEERM
(VP20RF)AOMT120608PEERM
(VP15TF)
被加工材料
切削條件切削速度
(m/min)150160160160
進(jìn)給量
(mm/齒)0.050.100.110.25
切削深度
(mm)1.53.22.66
切削寬度
(mm)1.55.11420
切削液
(mm)濕式切削濕式切削干式切削干式切削
選用機(jī)床BT30立式加工中心BT40立式加工中心沈陽第一機(jī)床廠BT40臥式加工中心BT40臥式加工中心
加工效果與其它公司產(chǎn)品相比，切削噪音低，使用壽命長，工具壽命延長2倍切屑形成良好，毛刺減少，切削噪音低切削沈陽第一機(jī)床廠噪音低，毛刺少，工件變形小使用新一代高剛性加工中心，APX立銑刀的切削力較低，但加工效率卻大幅提高
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