切向铣解决粗铣中的瓶颈问题

当向Jim Rice先生询问如何在更换刀具后对大型工件进行粗加工切削时，他谈到了成倍提高产量、如何使刀具的费用降低90%、以及使工厂的空气更加清洁和如何节约大量的资本投资等问题。
英格索尔(Ingersoll)公司的S-Max切向刀具正在对一个建筑机械的大型传动箱两端进行粗切削加工。在改换成切向铣削加工以后，Terex公司的产量翻了一倍，刀具的切削刃使用寿命延长，表面光洁度提高，而且不需要使用油基冷却液

Rice先生是Terex公司专用设备厂的操作经理。该厂坐落在墨西哥州的Ciudad Acuna市，正好在德克萨斯州Del Rio市边界的对面。

正在进行的“大型的粗切削加工工件”是一个建筑机械的传动箱，它主要由直径为2.75～3.66m(9～12ft)，长度2.44～3.05m(8～10ft)，壁厚114～203mm(4.5～8in)的大型管道制成。第一道操作步骤涉及到其两端的Rc32合金钢粗铣削加工，加工量为17.8mm(0.7in)。以前，刀具需艰难地在工件上加工，每个工件需加工3.5h，在整个切削中还需要更换镶刀片，偶尔也会因油基切削液的原因，使工作区域到处弥漫着油雾。现在，这一大型工件的加工只需一半的时间，镶刀片每个刀刃的加工时间延长了5倍，而且切削液的龙头永远处于关闭状态。按照全年生产144个大型工件的生产计划计算，从各种资源所节约的年生产成本超过了50000美元。

加工这一大型工件的好处是对该工厂40hp卧式铣床的改造而获得的，在此过程中还用英格索尔公司的S-Max切向铣刀代替了普通的辐射式铣刀。在采用了具有切向铣削特点的强力镶刀片和刀具以后，Terex公司可以比以前的刀具增加一倍的进给速度，即以762mm/min(30ipm)对381mm/min(15ipm)的进给速度加工，而切削深度相同，仍然是2.54mm(0.1in)，结果镶刀片并没有发生任何故障。Terex公司的负责人Roverto Magallanes先生说：“镶刀片再也没有出现过断裂或爆裂的现象，而且它们也是逐渐磨损的。”由于有了这一成功经验，Terex公司对其所有大型工件的重型粗切削加工都更换成了切向铣削刀具。

图1 与辐射式铣刀相比较(左图)，采用切向安装的镶刀片刀具(右图)可保证其切削力沿着每一个镶刀片最厚和最强的轴线方向运动，从而提供强有力的切削力

图2 较小尺寸的切向铣刀(图左)要比辐射式铣刀(图右)更为结实和经久耐用，因为在镶刀片座槽铣削掉后，它们将会保留更多的金属

图3 Terex公司和英格索尔公司的生产工作组解决了该公司大型传动箱的粗铣削加工问题

Terex公司更换刀具的主要原因是为了加快机床的操作，使其能够余出更多的时间用于做其他额外的工作。依靠该机床额外的加工时间可靠地工作，可使该公司节约大笔开支，延缓对新机床的资本投资。在Terex公司主要刀具经销商德克萨斯州San Antonio市的Tool Tech Industrial刀具技术工业公司的帮助下，从2007年1月开始，他们更换了新式刀具(图1)。Terex公司与Tool Tech刀具技术工业公司邀请了几家刀具供货商评价这一操作，并提出了修正建议。

采用带有普通镶刀片的160mm(6in)端面铣刀，Terex公司只能使其进给速度控制在381mm/min(15ipm)。在这样的进给速度下，完成零件的加工需要3.15h，并需要更换2次镶刀片。即使在这样的情况下，可接受的表面光洁度也只能达到3.2µm(125rms)。尽管采用了油雾冷却液，刀具在加工以后的温度还是如此之高，操作员不得不等待其冷却以后才能更换断裂的镶刀片。该刀具的运行速度为600r/min，切削深度为2.54mm(0.1in)。

为了纠正这一问题，其中有两个刀具供货商建议采用同样类型的刀具解决方案，但只能保证获得某些改进。第三家供货商英格索尔公司建议采用其S-MAX切向铣刀。该刀具的镶刀片围着刀具的外径平面排列而不是像普通刀具那样凸出半径之外。采用这种配置，刀具的主要切削冲击力将由每个镶刀片的最厚和最结实的截面部分吸收。此外，刀体也比较结实，因为切向排列的镶刀片能够适应较小的座槽，要求来自刀体本身的金属切削量较少(图2)。

在英格索尔公司代表的参与下，Rice先生和工厂经理Jorge Robles先生开始在第二班工作将要结束的时候，对切向刀具进行试切削，并随时调整机床的参数，优化操作。到第三班结束的时候，该工作组决定采用直径为203mm(8in)、进给速度为3175mm/min(125ipm)、切削深度2.54mm(0.1in)、转速600r/min的刀具，但不使用切削液。在这样的条件下，加工效率约提高了75%，镶刀片的刀刃连续加工了1.5个零件，这比以前的刀刃使用时间增加了5倍。后来将进给速度调整到了762mm/min(30ipm)，与过去的老方法比较，采用新方法使产量提高了一倍多。

Rice先生说：“最重要的是，其运行可靠，操作速度提高，刀刃的使用时间延长，工作可靠性提升了。我们可以将这种提高和改进列入生产和预算计划之中。”

英格索尔公司的Anthorny Myers先生说，切向切削几何形状除了其固有的坚固性之外，Terex公司从PVD的TiAIN涂层应用中受益匪浅，这种涂层的润滑性比该车间以前镶刀片使用的CVD涂层更好。以前的镶刀片要求将CVD涂层应用到经过珩磨的刀刃上，这种刀刃不像切向刀片的压制刀刃那么锋利。

与以前的刀具相比，采用切向刀具加工可进一步提高刀具在切削过程中的散热效率。虽然切屑的温度比以前更高，但刀具和镶刀片的温度较低，即使在粗加工结束以后，用手接触也没有问题。Myers先生解释说，这是因为热量是在工件的材料中产生的，在切削点将材料软化，然后该热量会随切屑一起消散。“他们说这一热量是切削刃的敌人，但在这里却成了盟友，所有的关键在于您将热量引导到什么地方。”

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