座人深孔钻的工件夹紧解决方案

深孔钻的工件夹紧解决方案

深孔钻加工是模具生产中不可缺少的一种加工工艺。有时，孔径往往需要通过不同的余角，在多个加工面上进行钻削加工。到目前为止，在这类工件上钻孔，被加工的多面体钢块需要4次调试装卡。这个调试装卡的过程浪费了大量的时间。此外，许多大型工件和形状复杂的工件很难调试装卡，特别是当这些工件悬挂在机床工作台上时。

采用永久电磁卡盘

从20世纪90年代中期引进永久电磁卡盘作为工件的夹紧装置后，模具工业才能够进行大部分的加工。然而，深孔钻加工领域却一直难以进入。

永久电磁卡盘使用一个简单的电脉冲顾名思义来改变铝镍钴磁铁的导磁特性，该磁铁设置在电磁卡盘台面的两极之下。通过电脉冲使磁铁导磁，一直保持到另一个电脉冲将电磁卡盘关闭为止。这种特性可以保证电磁卡盘安全地工作。

工件采用磁性卡盘夹紧，有利于刀具接近工件5个以下的加工面，这对水平加工或深孔钻加工具有很大的优越性。当一个零件调试装卡后，就可以在机床的工作台上分度旋转，刀具则可以接近零件的全部4个侧面。夹具不会对工件的加工造成任何干扰。当需要加工余角时，可以很容易地在正弦板上安装一个电磁卡盘，而不再需要增加其他夹具。

永久电磁卡盘使用电脉冲就可以将其“打开”。因此，该电磁卡盘可在不连接电源的情况下，使其保持“打开”的状态。如果再施加一个瞬时电脉冲，就可以将电磁卡盘“关闭”

Hasco Mold公司是一家世界性的模具及元件供货商。2007年初，为了提高生产效率和竞争能力，车间的工长 Thomas Fortner先生考虑采用一种24in×24in（1in=25.4mm，下同）的永久电磁卡盘和一种CAT 40型液压刀具夹紧装置，于是Hasco公司将永久电磁卡盘工件夹紧装置推广应用到它的深孔钻加工工艺之中（图1）。

图1 深孔钻、磁性卡盘和固定在磁性卡盘上的零件

这种组合式工件夹紧装置对深孔钻加工十分理想，因为液压刀具夹座可以均衡和精确地夹紧刀具的刀柄。磁性卡盘能够均衡地夹紧工件，而且刀具也易于接近工件的5个加工面，同时减少了工件的调试装卡次数。

检能耗每一年减少4万吨标煤查所选用的永久电磁卡盘

Fortner先生对关于在磁性卡盘上的深孔钻加工提出了4个问题：（1）磁性卡盘的夹紧力是否能够固定零件，使其不会从磁性卡盘上被推开？（2）对切屑从深孔内的排出是否会产生什么问题？（3）磁性卡盘的磁场是否会对刀具产生向下的拉力或引起刀具漂移？（4）是否会引起刀具过早的磨损或断裂？

1.夹紧力

铣削加工的永久电磁卡盘在没有任何空气间隙的情况下，具有200lb/in2（1lb=0.454kg，1in2=6.45×m2，下同）以上的夹紧力。磁铁的厚度越厚，磁性卡盘在空气间隙上的夹紧性能就越好。较薄的磁性卡盘只适用于平面钢材的磨削加工。因此，在4in2的磁极上可以产生800lb以上的夹紧力。然而，为了让磁性卡盘能够真正夹紧零件，必须配置数量相同的南北极性。磁性卡盘只有在磁极数量平衡的情况下，才能对工件产生最大的夹紧力。

深孔钻加工将会产生与磁场平行的作用力。在与磁场垂直的方向上，如果磁性卡盘的夹紧能力为100%，那么在与磁场平行的方向上，其夹紧能力只有约20%。在深孔钻加工过程中，不但有钻头产生的作用力，而且还有钻套所产生的附加力。因此，在磁性接触面为1ft2和夹紧力约为28000lb的零件上，只需要约6000lb的推力就可以使这个零件移动。

这点引起了Hasco公司的关注，因为其液压驱动的钻套，在刀具压力的共同作用下，可以对零件产生600lb以上的推动压力。经过一年多的试用，这个推力没有使任何零件产生移动的现象。

2.刀具没有发生漂移或偏转现象

在磁场平衡的情况下，磁通量的偏离和过量的切屑粘连不会影响机加工工艺。在2in2的磁极上直观明了；实验数据及标记性表格可自动编辑成报告并进行打印，磁性卡盘表面上的磁场高度约为0.500in。Hasco公司一直在磁性卡盘表面0.125in的范围内进行深孔钻加工，没有发生过刀具漂移偏转或孔内的切屑粘连现象，也从来没有发生过刀具断裂的故障。

3.刀具的磨损较少

除了刀具可以自由地接近工件的各个加工面之外，磁性卡盘或盖上防尘塞可对工件的整个底面产生均衡的夹紧力。普通的夹具只能产生单点接触力，使工件的中心受到振动和偏转的影响，而磁性卡盘夹紧装置可以安全地夹紧工件，减少工件的振动，从而减少刀具的磨损。

图2 需要深孔钻加工的小型零件在磁性卡盘上调试装卡，在24in×24in Magnos标准密度的磁性卡盘上，无需再安装外部夹具，因此不会发生加工中断的现象

4.减少夹具的调式装卡和更换次数

从普通的夹具换成磁性卡盘，使工件的调试装卡时间减少了70%，装卡次数从4次减少到2次。采用磁性卡盘以后，首先将零件在工作台上定位，然后导通磁性卡盘的磁性。根据零件的大小和孔径的位置确定是否需要延伸磁极，为主轴提供适当的间隙。如果零件可以从全部4个侧面接近，那么操作员只需对零件做一次调试装卡，中间无需中断加工工艺和卸除夹具（图2）。如果车间选用需要从顶部频繁接近工件的刀具，那么最好使用较高密度、较高功率的磁性卡盘。这类磁性卡盘的厚度要比正常的永久电磁卡盘更大，因为他们使用的是较厚的铝镍钴磁铁。

Fortner先生表示，改用液压刀具夹座以后，他们的刀具更换时间减少了80%。Hasco公司通过主轴运行的夹紧力大约为1800psi。

发挥机床的潜力

磁性卡盘的使用使Hasco公司能够将深孔钻床作为4轴卧式铣床使用。“除了用于深孔钻加工以外，在采用磁性卡盘以后，他们还充分地利用了该机床的铣削、钻削和攻丝等加工能力。”Fortner先生说。

今天的模具制造商需要尽可能利用一切优势，充分发挥现有机床的潜力。有时候，购置新机床往往不是最理想的答案，减少工件夹紧时间和刀具的调试装卡次数就足以体现出他们的优势，从而节约50%~70%的加工时间。