高效减振

瑞士的ScheizerGroupGlobal有限责任集团公司（简称为SGG公司）是一家拥有大约650名职工的全球性企业，在中国、捷克等六个国家设有自己的生产基地。这家集团公司主要为汽车生产厂家提供动力总成和电子产品。公司生产的典型零部件是发动机、变速箱、传动系统和辅助装置中使用的铝合金、镁合金加工件以及汽车电子设备和信息娱乐系统的壳体类零件。

SGG 公司铣削凸轮轴轴承盖时采用了Mapal公司开发的铣刀减振解决方案。

“我们产品的原材料是本集团公司铸造厂生产的压铸毛坯。全厂160余名职工就是专门生产制造这种原材料的零部件。最大的生产批量为100万件。这些零件不仅要满足严格的加工精度要求，还必须要有很高的经济效益。”SGG公司普劳恩市生产厂的技术领导人DirkSteinbach先生解释说道。这就意味着：整个生产加工过程中要避免任何不必要的操作步骤。因此，所有的生产设备都采用自动装载设备、检验设备，连接成高度自动化的生产单元或者生产线。

由于具有非常严格的生产节拍要求，因此SGG公司在切削加工过程中使用了专门设计的、能够精确地满足各种切削加工精度要求的组合刀具。这离不开与刀具生产厂家进行密切合作。多年来，SGG公司一直与其刀具供应商Mapal公司有着非常紧密的合作，本期将分享两家公司共同攻关的两个例子。

轮廓铣削时的振动补偿

“第一个例子是铣削燃油滤清器壳体内部的凹槽。配套使用的铣刀是长度185mm，头部直径48mm，杆部直径29mm的键槽铣刀。在切入燃油滤清器体后要在燃油滤清器体的侧壁上铣削一个深度约10mm的凹槽。这一凹槽形成了一个与侧面盲孔呈锐角连接的连接通道，使燃油可以方便地进入到燃油滤清器中。”Mapal公司PCD多晶金刚石刀具应用技术负责人AndreasWittenauer先生介绍说。

由于采用的是单面加工，因此使用的铣刀会产生强烈的、超出了允许负荷的振动。即使SGG公司分几次来完成这一加工过程，但振动仍然非常强烈，加工过程中的噪音也很大。“甚至隔壁车间也能听到这些噪音。长时间生产加工这一零件时的情况更加糟糕，强烈的振动不仅缩短了刀具的使用寿命，而且机床主轴的使用寿命也会产生很大的不良影响。”Steinbach先生说。

“为了最大程度地减少振动，我们设计了可以平衡振动的铣刀刀杆：刀杆上配备了由重金属材料制作的、可以轴向和径向移动的辅助质量物体，简称为辅助质体。”Wittenauer先生介绍说。由重金属辅助质量构成的减振系统就是根据动平衡振动补偿原理来发挥减振效应的：通过辅助质体的移动来补偿、平衡相对应的刀具位移振动。钢制弹簧组件保证了这些重金属辅助质体能够返回它们的初始静止状态的位置。通过注油孔注入的油可以吸收辅助质体系统内部的振动。“另外，我们还将钎焊的PKD切削刃倾斜了30°。”Wittenauer先生说。采取了这些措施之后就能够实现更加柔和的凹槽铣削加工，降低噪音了。

特殊的解决方案

“第二种情况也是我们面临的一个巨大挑战。在加工某型号超级跑车的气缸盖的凸轮轴轴承盖时，SGG公司使用了一支细长的铣削刀具。凸轮轴的轴承安装面已经在生产厂中完成了粗加工，精加工则由发动机生产厂自己完成，但轴承座的侧面需要SGG公司完成铣削加工。

超级跑车气缸盖（上图）和细长的铣削加工刀具。

由于超级跑车的发动机具有气门行程调节系统，因此对凸轮轴轴承盖的生产制造提出了很高的精度要求。凸轮轴的行程调节可以确保降低发动机的燃油消耗并能减少发动机工作时的振动。

加工这一轴承盖的铣刀总长300mm，头部直径48.4mm，刀头长度38mm，铣刀刀杆的直径尺寸只有26mm。除了这种极易振动的刀具结构形状，较大的铣削面积和很薄的铸件厚度也是典型的多激共振体。而连续铣削的加工过程则进一步加重了铣刀切削时的振动。在上述因素的综合作用下产生的振动非常强烈，以至于出现振纹甚至损毁铣刀。

“为了有效地控制这种振动，我们设计了特殊的刀头、刀杆解决方案。必须在刀头和刀杆两个方面都采取相应的减振措施。”Wittenauer先生说。

在解决这一刀具的振动问题时，刀具专家们也采用了动平衡振动补偿原理：在铣刀刀杆上设计了数量众多的高密度小型自由移动的辅助质体，这些辅助质体都可以根据当前的振动状态做出相应的减振反应，抵消发生的振动。

SGG 公司普劳恩生产厂的技术经理 Dirk Steinbach 先生（右）和 Mapal 公司的 PKD 刀具应用技术负责人 Anfreas Wittenauer 先生（左）。

镶嵌了PKD多晶金刚石刀片的铣刀头采用的则是另外一种减振解决方案：由于铣刀头的切削刃几何参数有可能需要调整，尽可能地减少刀具维护成本，铣刀头应是可以更换的。为此，Mapal公司开发了一种由高密度金属合金材料制成的、可以单独完成径向和轴向移动的减振辅助质体。

重新设计的键槽铣刀可以轻松地在低振动状态下铣削卡车燃油过滤器壳体中（右上部）深度大约 10mm 的凹槽。

“Mapal公司的两种刀具减振解决方案都满足了我们的要求，并在实践中证明是非常有效的刀具减振解决方案。”Steinbach先生说。第一种情况下的键槽铣刀缩短了切削加工的工时，最多可以缩短14秒，第二种情况下的铣刀也达到了要求的刀具使用寿命。“键槽铣刀的明显收效也是可以‘听’到的：铣削加工时的噪音以降至78dB以下了。”工作环境也得到了极大的改善。

本文译自德国WerkstattundBetrieb杂志