如何设计螺纹铣刀以满足客户提高生产率的要求?

HEATS

从设计角度，为满足客户螺纹铣刀应用需要，有许多因需要考虑以决定螺纹铣刀最佳设计，机夹式，整体硬质合金直槽螺纹铣刀，整体硬质合金螺旋槽螺纹铣刀。现在，问题是从当前设计/生产中，哪一种是最适合您的应用场合，最具有加工成本优势,生产效率最高。 本文目的，我们不讨论关于上面的应用选择问题，假设客户已经选择并认为，对客户的应用场合，机夹刀片式螺纹铣刀是最有效率的。本文的目的是讨论为满足客户的应用，哪些是机夹式螺纹铣刀的重要设计要素。 8 P: T0 ?' h- d/ [3 U) T# t

当然，降低加工成本，提高生产效率是客户所要求的。对于客户具体应用，需要多长加工时间，从刀具方面，可达到的加工时间建议，螺纹加工表面质量是否很重要？用这把螺纹铣刀在零件上加工多少个螺纹孔，零件材料是什么？刀具费用是多少及使用时间？

也许最便宜的刀具并不是加工成本最低和效率最高的，客户当前所用的刀具也并不是对最适合客户应用场合最优化的刀具。 5 w+ X r1 s* j* Y& d, w0 x3 [& A! s

所有上述因素将是高生产率的部分定义因素，通用行是 “可应用于许多场合”，专用性 “针对特殊的应用场合，任务或目的”。我们为具体需求而评估螺纹铣刀，即评估哪一特性具有优先性——通用性还是专用性？这把刀具仅适合此应用或其它应用？或此应用场合需要我们使用更优化设计的专门刀具？ : p4 l+ v- c |$ i$ f! i

根据应用场合，为了设计出最好的螺纹铣刀，我们应考虑什么是刀具主要设计因素？ + {# B( u) U; c7 q4 ~9 t6 G: E

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• 要加工的螺纹直径和螺纹铣刀直径的关联性。 . Y! n# \" B" c5 h% G w
• 螺纹标准形状——我们要加工的螺纹标准形状，包括螺距/导程和螺纹长度。 9 \6 m* Q: ]4 {% w- H: G
• 生产要求——每天/月/年要加工的螺纹数量。 - Y0 l+ l- p( q) h
• 要加工螺纹的零件材料。
• 螺纹铣刀的排屑槽数/安装刀片的刀片槽/安装的刀片数量 + n* j2 T# m# C
• 刀片的刚性设计/夹持刀片的刚性
• 中心冷却能力及何种冷却液的穿透能力，是直接穿透刀体，还是设计在派屑槽处？

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机夹螺纹铣刀的刀体直径

刀体直径的确定影响刀具的通用性，同时也影响对具体应用场合时刀体的刚性。我们可以选择非常小的刀体直径，它可以适合很多具体应用场合，但对于将来，大直径螺纹的加工应用场合，我们可以采取大直径的刀体，可优化加工参数，提高生产率。另一方面,对于螺纹铣刀，在编程中的每分钟转速，是根据刀片材质/涂层的允许线速度来决定的，刀体直径小，刀具转速就高，相反，刀体直径大，刀具转速就低。

螺纹形状及标准，生产要求和加工螺纹的材料

这些因素关系到刀具悬长 “系统”——所有设计因素，一般来讲，越“通用性”的设计，将可适用更多的螺纹标准，形状和被加工材料，加工时间将增长，越“专用”的设计，对具体应用则越好。

排屑槽数/刀片数

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螺纹铣刀的进给计算单位为毫米/分钟(mm/min)或英寸/分钟(In/Min)，此计算使用转速(r/min)和铁屑载荷 (每刀片进给/每个排屑槽)。有了转速，铁屑载荷和排屑槽数/刀片数，我们可以计算进给速度，因此，越多排屑槽，总进给就越快，其结果为加工零件的时间就降低。 ' b4 w: ~/ b2 \* d l

举例说明: . I# D0 ^( v0 Q1 ^

M20×2.0，中碳钢，使用刀体为1个排屑槽/1个刀片，刀具刃口处直径为17 mm(0.67")。刀具制造商建议线速度和进给量是140m/min(460 ft/min) 和0.15mm/齿 (0.006"/齿)。编程计算显示，切削时间约为10秒，使用2,620r/min的转速和60mm/min(2.34in/min)的进给速度。

使用两个排屑槽/两刀片的刀具，线速度和单刃进给相同，进给速度增加到120mm/min(4.68in/min)加工时间将约为4.7秒——降低50%！ n! V! V: f7 p2 p' A& T

刀片设计和夹持方法

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简单的说，刀体的这一部分是需要加工成本最高的地方，在将来的生产中是主要的影响因素： $ I$ K# ^/ l1 c/ z# l

1. 刀片厚度——在初始的价格中是影响成本的最大因素 ，刀片越薄，成本越低，但刚性越差。刀片越厚，当然成本就高，但刀片的刚性增加。 ' ^, p) ?' m% \ _
2. 刀片长度——越长，成本越高，但更重要的是刀片长度将影响生产率。 7 S, c; o! b8 X. Y+ w; P* x2 i
3. 刀体能安装的刀片数量——将根据工作需要来决定安装多少刀片——“装载”刀体上的成本. ' Q3 C' F8 z! N6 N! f
4. 刀片装夹方法——需要具有较好的夹持刀片刚性，同时保持刀体的整体性。

冷却液流通能力和通路设计

刀体具有内冷能力的好处是无庸质疑的。在螺纹铣刀中，刀具是旋转的，刀具的转速 RPM将是很高的 ，高转速中离心力将妨碍外部冷却液的进入，如果冷却液能通过刀体中心将对很多场合的应用带来好处，如垂直的盲孔. 冷却液进入刀体，将撞击加工孔的底部，并向上，向外，给刀具提供冷却，润滑和帮助排屑。对中心内冷设计的限制是对通孔的应用场合.因为冷却液将不能送到我们所需要的地方 – 刀尖.另一个有影响的应用是在卧式加工中心上的工作，由于重力影响，总是把冷却液拉到孔的下半园。因此，冷却液的变化，将对刀具沿孔做圆周运动有不同的影响。 ) V! r8 c, \: Y1 y% R" \" E0 p6 a& s

纵上所述，刀具具有通用性和生产效率之间的矛盾，同时满足是很困难的，是否有较好的折衷方案？

MiTM——多排屑槽机夹螺纹铣刀

最近，螺纹加工技术世界级领导者之一，以色列瓦格斯公司(Vargus，LTD)已找到了高效螺纹铣刀的设计解决方案，并把这一创新产品加入到她本已经较长的螺纹铣刀产品线。 MiTM机夹螺纹铣刀产品线以多排屑槽，机夹螺纹铣刀著称。这一新的产品线刀体.具有一定的通用性 ，但同时支持客户对高生产率，降低加工成本的要求。 - R5 c1 M. P/ B3 d- A& _' M

新设计的一些特点如下: : w0 a/ i9 |; d7 @

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• 每个刀具有多个派屑槽，实现快速切削。
• 刀体直径最小 17mm (0.67")
• 长的刀片以适应深螺纹孔。
• 刀片两面可用。 * L: |* W+ F- D% I& f O
• 极好的稳定性。
• 通用刀体柄部尺寸。
• 机夹刀片式。 ) T' z! e% W/ u/ z- Q: R2 M$ ?& C
• 两个标准刀片涂层材质，非常适合不锈钢加工和一般用途 K" |3 R+ U4 R' `
• 刀体可以安装多个刀片或只装一个刀片。
• 冷却液通过刀体，从排屑槽处喷出 。

让我们看看当考虑通用性和高效率原则时，新的机夹螺纹铣刀家族与上述设计元素之间的联系. 当你看MITH刀体时——现在，这八个刀体分成4 组，每一个都有共同的柄部直径——25mm或1inch(英寸)。 / ~+ [ e& P j" n- u

在这4组里，每一组内，有两个不同刀体，其最大螺纹加工深度不同。MiTM家族设计为获得最大刚性，但并不限制通用性，因为每一个刀体可适合较大范围的螺纹加工。同组刀体不同的螺纹加工深度为客户提供了针对具体应用最稳定的刀体. 另外， MiTM产品线提供了最大数量的排屑槽，使加工进给成倍提高。

对于通用性来讲，并不是所有刀片槽/排屑槽都必须安装加工刀片，如果在小批量生产中，可装入一片加工刀片，其它刀片槽装入 “平衡片”。这些 “平衡片” 可保持刀体加工稳定性并可防止铁屑伤及刀片槽.

这一选择增加了刀体的通用性，降低了在小批量生产中的刀具成本，但仍保持刀体具有多排屑槽/刀片槽，当有大批量生产时，装入多个加工刀片，可实现高效率的加工。 + N- ]* h6 R, I$ L

伴随着高刚性刀片设计，刀体上的刀片槽可能较弱，但MITM刀片是针对需要设计的，所以刀体上的刀片槽 在长度方向较短，以保持螺纹铣刀刀体有足够的刚性，同时，对刀片增加了厚度，以使硬质合金刀片有较好的刚性。厚的刀片可使设计工程师在刀片的两面设计螺纹形状——若在刀片形状上做出斜度，产生后角，则刀片只能有一个加工刃口。有两个刃口的刀片，客户加工成本会分摊，同时，刀片强度也增加。

由于刀片厚且强度高，它比采用薄的刀片可设计得更长，这样，这样一来增加了通用性，也更适合较深螺纹的加工。 ' Z N2 s1 s5 W2 J

观察刀片夹持系统，你会发现，MITM采用多螺钉垂直夹紧刀片，把刀片拉入刀片槽，同时提供了最大的夹持力,并保持了刀体的整体刚性。一个高刚性的刀体系统，一个强度较高的刀片，可使刀具使用更大的进给，它直接影响到你的加工成本底线——更短的加工时间和更低的螺纹加工成本。 ' @- ^( u! r( U

通过使用两种标准刀片材质和涂层，刀片库存可最小化。并能满足各种加工要求。 VBX是TiCN涂层，主要用于加工钢材和通用工作；VTX是TiAlN涂层——此材质及涂层具有非常好的抗高温性能，适合不锈钢和高温合金材料的加工。

冷却液通过能力——特别是当刀体直径与被加工的螺纹直径相差不大 (刀具直径＞0.7×螺纹直径)，在螺纹铣削过程中，铁屑的排出变成一个非常重要的因素。正如上面提到，内冷在大多数场合都会带来好处，但在有些情况，可能没关系。如在加工通孔时，惯穿刀具中心，轴向内冷对加工及排屑一点帮助都没有。 8 Q# @+ A9 ]) f

新的MiTM产品线提供中心冷却能力，向排屑槽/刀片斜向喷出——冷却液正好喷向刀具最需要的地方，刀片切削刃口. 这在螺纹铣削过程中最大限度地帮助铁屑排出，提供最大限度的冷却和润滑，这也使刀具可获得最大切削线速度和进给。

最后，任何螺纹铣削操作将依靠CNC程序,为此，VARGUS公司已经开发了一个界面友好，自动编程的辅助系统——“TM GEN，螺纹铣削专家系统”——使螺纹加工更容易。这是一个非常有用的资源，它不仅能帮助客户根据具体应用场合，选择正确的刀具，并能根据客户的应用和机床控制器自动生成螺纹铣削的CNC程序，螺纹铣刀越容易使用，客户越能获得满意的加工结果，因此实现了双赢。

正如你已经知道或从文章中学习到，刀具通用性和高效性在很多场合是相互矛盾的。最主要的是你要发现优秀的供应商，它不仅有很多产品可以满足当前需求，但同时也为你未来的需求提供了更多的选择。