绝热的金刚石干铣系统技术方案

一种极高速转动的绝热端面铣床，它的结构形状以及操作方式提供一个高效加工过程。该铣床最好在约为１５，０００ｓｆｍ的速度下和约为７（英寸）↑［３］／分.马力的效率下运行。优选的铣削操作在没有冷却液条件下进行，它使用了一种切屑清除系统，使铣床在真正绝热下操作，没有热量传到工件或铣刀上。切屑清除系统的效率使切屑几乎不被重复切削，并使刀具寿命改善。该铣床还包括改进了的铣刀结构、夹紧装置，以及输送设备。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般来说涉及铣床及其在铣削诸如铝之类的有色金属中的应用。具体地说，本专利技术涉及一种端面铣床，它的结构和运行参数为极高速度的绝热加工过程提供了改善的机床寿命和运行效率，勿需使用冷却液或润滑剂就能从工件和铣刀上清除切屑。此外，该铣床还包括一些能进一步提高铣削效率的绝热操作、精度、以及效率的附件。铣床在从平直表面到槽、键槽、以及各种复杂外形的精密零件的制造过程中有着广泛的应用。尤其是要加工不平度为0.003英寸(0.076毫米)或更小的平直表面时要使用端面铣床。端面铣床一般包括垂直于工件表面按可旋转方式固定的一个主轴。切削部件或铣刀一般是装在主轴端部的一个铣削盘。铣刀上形成有一系列齿、或者按另一种形式在周边上装有一系列切削刀件，因此铣刀的外部直径就能从待加工的工件上除掉余料。主轴带动铣刀转动，主轴是由一个适当功率的电机驱动的。一般要使用冷却剂来润滑、冷却、和冲洗来自工件和铣刀的碎屑。最后，让工件和铣刀彼此相对移动以便将工件送入铣刀，这种移动用供料速度表示，按传统方式用英寸/分钟度量。另外，供料速度还可用下述公式由英寸/齿给出FR/(RPM(t))，其中FR是用英寸/寸表示的走刀速度(在工件和主轴间的相对运动速度)，RPM是用圈/分钟表示的主轴转速，并用t是铣刀上切削齿或刀件的数目。如果若想让铣床有效地加工精密的高表面质量的零件，则切削速度以及与其相关的走刀速度具有首要的重要性。在过去的25年中，注意力都集中到切削速度和它对铣削过程的质量和效率的影响上。切削速度用表面英尺/分(sfm)表示之，可用下式计算切削速度2π(r)(RPM);其中r是用英尺表示的自主轴轴线算起的切削齿的径向尺寸，RPM是用圈/分表示的主轴转速。适宜的切削速度是由好几个因素决定的，首要的因素就是待切削的材料和所用的齿或刀件的材料。当有色金属(如铝)用硬质合金刀加工时，通常允许较高的切削速度。对于切削速度，没有任何一种分类方法普遍为人们所接受，但金属手册(第19版)的第16卷(题目为“机加工”，由美国金属协会出版)建议将切削速度分类如下有色金属的常规切削速度小于2000sfm，对黑色金属，通常小于500sfm。2000至6000sfm的较高速度被认为是高速加工，6000至60，000sfm的速度被认为是极高速加工，大于60，000的速度是超高速加工。显然，高速加工的一个优点是较快的加工时间，因此有较高的生产速度。对于高速加工的一个明显的附加优点是，超过临界速度(临界速度是待加工的特定材料的特性)时，切削力实际上随主轴速度的增加而减小直至达到一个最小值(该最小值也是指定的工件材料的一个特性)。因此，较高速度的切削力实际上可与常规速度的切削力相比拟或更小些。小的切削力不仅从主轴电机的功率要求的观点出发是人们期望的，而且在加工极薄的非刚性工件时更是人们强烈期望的。最后，高速加工的附加优点是能够实现基本上绝热的操作，其中在加工过程中产生的几乎全部热量都传送给所产生的碎屑上，因此能够保持铣刀和工件基本上处于它们起始的加工前的温度。除了能够在加工后立即处理该工件之外，其它实现绝热操作的明显优点是较同的切削效率、较少的主轴功耗、较低的噪声水平、较高精度的切口、较小的工件挠曲、以及较长的刀具寿命。再有，这样一些优点在加工薄的非刚性工件时特别有益。但在绝热加工条件下，冷却剂并非总是需要的，并且实际上冷却剂可能会起反作用，把热量从碎屑反向传输给工件和铣刀。尽管冷却液一般来说能改善刀具的寿命和加工表面的外观，但它们需要有长距离的传送、过滤、和经常进行冷却的系统。还有，冷却液的使用和处理过程是一个日益增长的健康和环境问题。因此，和使用冷却剂相比，干加工有几个明显的优点。但为了维持真正的绝热切削操作，必须特别注意待切削的材料的类型以及齿或切削刀件的材料、适宜的供刀速度和切削深度、主轴相对于工件支撑的准确性、铣刀的硬度、以及牢固和精确地支撑工件的夹紧能力。明至今日，在铝的高速绝热加工领域中，实际上所有的科学研究都被局限在速度自大约10，000至大约60，000rpm(或近似为2600至15，700sfm)的小端面铣削上(直径0.5至1英寸)。实际上，这样高的转速受到轴承尺寸的严格限制，较小的轴承允许较高转速。但较小的轴承同时还限制了主轴的功率和刚度，其结果是使切削速度反比于功率和刚度。因此，切削力和功率的这些限制对要用于生产制造而开发的铣床的试验很大程度上限制在非常低的速度，一般低于5000sfm。同时，主轴的刚度和将铣刀装到主轴上的方法也限制了铣刀的尺寸，同时也大大限制了材料的铣除速度。按照切削效率或单位功率(英寸3/分钟·马力)，从至今为止的试验在工业界得到一个普遍的结论虽然在较高速度时切削力和比功率都减小，但在速度大于5000sfm时这些优点趋向于消失。一般认为，在速度约为5000sfm时，加工铝的最大的单位功率接近于3和最高达4英寸3/分·马力，在这些高主轴速度下由现行的电机技术可得到的功率被限制在30马力左右。因此，为得到大于40英寸3/分的较高的材料铣除速度，一般要求较高扭矩的驱动电机，其结果是切削速度较低，这就失去了高速切削的优点。但在实际生产制造条件下对于用金刚石的铝切削，尽管有几个高达12，000sfm的被认可的速度还是可行的，但刀具制造厂家并不推荐使用超过3000sfm的切削速度。这些较高的速度一般只限于硬质合金和金刚石刀具。近来，金刚石刀具(例如多晶金刚石(PCD)镶刃的硬质合金)被广泛用来切削铝，这是因为和钨硬质合金刀具相比，金刚石刀具的寿命提高了10到100倍。但金刚石刀具相对来说较脆，因此受到铣床的刚度以及工件抗冲击负荷而具有的稳定性的限制，这里所说的冲击负荷是由特别是在较高切削速度下工件和刀具的振动引起的。因此，金刚石刀具制造厂家现在推荐的最大切削速度是1500至2500sfm。从以上的讨论容易看出，现有技术的试验并不推荐或支持在大于5000smf的速度下加铝。一般来说，高速铣削的限制包括主轴刚度、过大的功率要求、以及刀具的限制，还有主轴/刀具交接处以及机器进刀速度的限制。因此，在典型的制造条件下，即使在需要对薄工件进行端面加工情况下，也没有广泛使用高速铣削。因此，在工业上现已用磨削的办法对这些工件进行加工。然而，即使在严格的实验室试验条件下实现了上述的限制要求，现有技术也没能达到特别是用比功率表示的(即英寸3/分·马力)对材料进行高的铣除速度。因此，实际需要的是一种成本有效性高的绝热铣床，它能在没有冷却液的情况下以极高速度操作，同时改进了刀具的寿命、材料铣除度、以及表面光洁度，该铣床特别适合于在生产制造过程中精密铣削薄的铝工件。因此，本专利技术的一个目的是提供一种端面铣床，它的操作是绝热的，并且它的切削速度和进刀速度提供了以较低的切削力对材料进行铣削，单位功率要求优于现有技术。本专利技术的第二个目的是给铣床提供一个干切屑清除系统，该系统基本上能防止自切屑至铣刀或工件的热传输，因而增强了加工过程的绝热性。本专利技术的第三个目的是，干切屑清除系统包括一个产生压差的设备，该压差是在包围铣刀和工件的一个外壳和周围环境之间的压差，该外壳包括一个包围铣刀的罩板和一个具有开口的盖板，开口的尺寸与工件的外形紧密相符，从而产生了一个加速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对工件进行基本上绝热加工操作的设备，所说设备包括：用于切削所说工件的装置；和所说切削装置相关联、用于传输在所说绝热加工操作期间产生的基本上所有热量给由此产生的切屑的装置；包围所说切削装置从而为所说切削装置确定一个周围外壳的外 壳装置；用于夹紧靠近所说切削装置的所说工件的装置；以及与所说周围外壳连通、用于在所说周围外壳和一个基准压力之间产生差压的装置；其中，通过所说夹紧装置将所说工件相对于所说切削装置定位，使所说压差装置产生一个通过所说周围外壳的流体流 动，使得基本上从所说周围外壳、切削装置、以及工件上清除所说切屑，由此基本上防止了自切屑至工件和切削装置的热传输，从而实现了所说的绝热的加工操作。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：曼努埃尔C图尔钱，
申请(专利权)人：曼努埃尔C图尔钱，
类型：发明
国别省市：US[美国]