Руководство по эффективному использованию инструментов для токарных станков швейцарского типа: полная оптимизация процесса от выбора до обслуживания 

—— Практические стратегии по продлению срока службы инструмента на 50%+ и повышению эффективности обработки на 30%

1. Выбор инструмента: тщательное согласование материалов и режимов обработки

1.1 Материал заготовки определяет материал инструмента

Нержавеющая сталь (304/316):

Используйте сверхтонкие твердосплавные инструменты с содержанием кобальта 8–10 % (например, марки ISK IC908) с покрытием TiAlN (температурная стойкость 1100 ℃), подходящие для обработки тонких валов в режиме направляющей втулки и выдерживающие скорости свыше 8000 об/мин.

Титановый сплав (TC4):

Используйте металлокерамические инструменты (например, Kyocera CA6535), а покрытие предпочтительно из TiBN для улучшения антиадгезионных свойств. Подходит для резки с высоким крутящим моментом без режима направляющей втулки, а линейную скорость необходимо контролировать в пределах 80 м/мин.

Алюминиевый сплав (6061):

Рекомендуются поликристаллические алмазные инструменты PCD (например, серии CD компании DIJET). Конструкция без покрытия предотвращает налипание алюминиевой стружки и поддерживает высокоскоростное фрезерование свыше 300 м/мин.

1.2 Различия между инструментами с направляющей втулкой и без направляющей втулки

Режим направляющей втулки:

Для снижения вибрации коэффициент вылета инструмента должен быть менее 3:1. Например, при обработке вала из нержавеющей стали диаметром 2 мм следует выбрать твердосплавное сверло диаметром 1,5 мм (длина режущей кромки 5 мм) и контролировать биение хвостовика инструмента в пределах 3 мкм.

Режим без направляющей втулки:

Используйте гидравлические держатели инструмента (например, Schunk Tendo), чтобы обеспечить биение < 3 мкм, и используйте фрезу-дикобраз для обработки фланцев из алюминиевого сплава диаметром 20 мм. Увеличьте количество режущих кромок, чтобы снизить нагрузку на одну режущую кромку.

2. Оптимизация параметров резки: динамическая регулировка на основе формулы Тейлора

2.1 Формула баланса продолжительности жизни и эффективности

При обработке стальных деталей, индекс n=0,15, снижение скорости линии на 10% может продлить срок службы T примерно на 25%.
Титановый сплав n=0,08, срок службы сокращается на 40% при увеличении скорости линии на каждые 10 м/мин.

2.2 Стратегия поэтапных параметров

черновая обработка:

Используйте скорость линии 80–100 % от номинальной, скорость подачи 120 %, глубину резания 0,8–1,5 мм и максимизируйте эффективность.

Получистовая обработка:

Скорость линии снижена до 90%, скорость подачи 100%, глубина резания 0,2-0,5 мм, баланс срока службы и точности

Oтделка:

Скорость линии 70-80%, скорость подачи 80%, глубина резания <0,1 мм, для максимального срока службы инструмента

3. Охлаждение и смазка: ключевые факторы, влияющие на срок службы инструмента

3.1Критерии выбора СМИ

Смазочно-охлаждающая жидкость на водной основе:

Для нержавеющей стали и титановых сплавов используйте хлорсодержащие противозадирные типы (например, Castrol Mobilcut 320) с концентрацией 5-8%; для алюминиевых сплавов используйте pH-нейтральные формулы (например, Blaser SW 102) для предотвращения коррозии.

Масляно-воздушная смазка:

Используется для высокоскоростного фрезерования (＞5000 об/мин), регулирование расхода масла 0,5-1,2 мл/ч, давление воздуха 0,4-0,6 МПа

3.2 Оптимизация положения охлаждения

Поворот:

В режиме направляющей втулки сопло направлено на 1-2 мм позади точки реза, давление составляет 2-3 МПа, образуется кольцевая зона охлаждения.

Глубокое сверление:

Используйте инструменты с внутренним охлаждением (например, двухкромочные сверла BIG Kaiser с внутренним охлаждением) с охлаждающей жидкостью под высоким давлением 5–8 МПа, чтобы гарантировать отвод стружки вдоль канавки кромки.

4. Зажим инструмента и обработка режущей кромки

4.1 Контроль точности зажима

Инструмент с силовой револьверной головкой калибруется с помощью лазерного прибора для настройки инструмента, а биение должно быть менее 5 мкм.

Для калибровки соосности шпинделя ежеквартально используйте контрольный стержень диаметром 10 мм, допустимое биение составляет менее 3 мкм.

4.2 Передовая технология укрепления

Твердосплавные инструменты пассивированы и имеют радиус режущей кромки R0,02-0,05 мм (например, технология EdgeIQ компании Walter)

Инструмент с покрытием TiAlN проходит ультразвуковую очистку для удаления поверхностных частиц и снижения коэффициента трения до значения ниже 0,15.

5. Стратегия обработки: снижение аномального износа инструмента

5.1 Советы по программированию, позволяющие избежать прерывистого резания

При наружной обработке используется косая подача под углом 45° вместо вертикальной, что снижает ударную нагрузку на 60%

При фрезеровании используйте спиральную фрезу (шаг 1-2 мм), что снижает осевое усилие на 35%.

5.2 Послойное нанесение резки

Обработка глубоких отверстий (L/D＞5):

Цикл высверливания используется для извлечения 0,5–1 мм за каждое сверление, превышающее диаметр в 1 раз, чтобы удалить стружку и избежать засорения стружкой и сколов.

Обработка потока:

Подача в 3 раза (60%/30%/10% глубины зуба), сила резания одной кромки снижена на 50%

6. Мониторинг и обслуживание инструмента

6.1 Интеллектуальное прогнозирование продолжительности жизни

Мониторинг вибрации:

Если значение вибрации шпинделя превышает 2,8 мм/с (ISO 1940 G2.5), система автоматически предлагает сменить инструмент.

Текущий мониторинг:

Когда ток резки превышает контрольное значение на 15% (например, с 15 А до 17,25 А), срабатывает сигнализация износа инструмента.

6.2 Стандарты шлифовки и скрапа

Условия шлифования:

Шлифование производится при износе задней поверхности VB=0,3 мм (твердый сплав) или VB=0,1 мм (быстрорежущая сталь).

Стандарты лома:

Скол режущей кромки более 0,5 мм или изгиб рукоятки более 0,1 мм (проверьте микрометром)

7. Типичный случай: оптимизация обработки тонкого вала из нержавеющей стали

До оптимизации:

Обычное твердосплавное сверло (φ3 мм), Vc=80 м/мин, Fn=0,1 мм/об

Срок службы 80 деталей/лезвие, скорость скола 12%, время обработки одной детали 18 секунд

Меры оптимизации:

Модернизация инструмента с использованием сверхтонкого твердого сплава с покрытием TiAlN (например, Sandvik Coromant Coromant CB7025)

Параметры настроены на Vc=70м/мин, Fn=0,12мм/об (увеличение подачи на 20%)

Применяется внутреннее охлаждение + смешанная масляно-воздушная смазка, давление увеличивается до 4 МПа.

После оптимизации:

Срок службы инструмента увеличен до 150 шт./кромка (+87%)

Скорость измельчения снижена до 2%, а время на изготовление детали сокращено до 13 секунд (эффективность +35%).

Стоимость инструмента за 10 000 штук снизилась с 2 400 до 1 600 иен (-33%).