由于大多數(shù)機(jī)械師不理解刀夾平衡的原理,他們通郴凉罚花費(fèi)不必要的時(shí)間和資金來試圖實(shí)現(xiàn)較高 的平衡水準(zhǔn)戒舆。各種應(yīng)用場合所需要的刀夾平衡水準(zhǔn)應(yīng)該受操作要求支配瞪卜。

低速運(yùn)行時(shí)可以承受的刀夾失衡量要比高速運(yùn)行時(shí)高多烧锋。

對于某特定應(yīng)用場合的最佳平衡,需要理解以下幾個方面:

◆失衡的影響以及什么時(shí)候這種影響很重要廉旅；

◆何時(shí)要采用最佳控制策略；

◆不同的刀夾配置隨著速度上升其性能如何限榆。

指令刀具系統(tǒng)公司(Command Tooling Systems)((暫不可見))的工程主管Dennis King說:“刀夾是在生產(chǎn)完成后通過測量和必要的質(zhì)量修正而平衡的停就。可以平衡的刀夾應(yīng)該進(jìn)行硬平衡(去除材料)以使其達(dá)到良好的平衡性能笆唧。然后,應(yīng)該用可平衡特征來修正預(yù)置過程的變量——如果它們對操作非常重要的話颈癌。”刀夾或主軸平衡有兩個標(biāo)準(zhǔn),即ISO 1940及ANSI S2.19,其中每個標(biāo)準(zhǔn)都是由一個委員會將平衡控制細(xì)分為三類而創(chuàng)立的:

◆振動控制

◆力控制

◆零件生產(chǎn)能力

在這三個方法中,振動控制最經(jīng)常使用岸裙。

平衡策略

制造商們通常用G數(shù)(單位為毫米/秒,mm/sec)來定義失衡度猖败。其它描述以一定轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)的零件中發(fā)生的振動的方式有加速度、速度和峰-峰位移等降允。ANSI S2.19標(biāo)準(zhǔn)對單平面和雙平面平衡及對在采用振動法(通常稱作G數(shù)規(guī)范)時(shí)如何計(jì)算可接受的失衡量介紹得非常詳細(xì)恩闻。G數(shù)是振動閾值極限。G1.0對應(yīng)于1.0 mm/s振動的自由轉(zhuǎn)動剧董。由于高公差磨削操作涉及到穩(wěn)定的工件和主軸,G1.0通常是針對磨削主軸規(guī)定的幢尚。

HSK E和F刀夾是對稱的,因此,從一開始就是平衡的。

磨削通常涉及成千上萬次工件交互作用而產(chǎn)生的恒定力(中斷時(shí)除外),這種交互作用使操作力非常均勻翅楼。機(jī)加工操作的負(fù)荷通常比磨削操作的高,并且每次加工操作都有自己的頻率和振幅尉剩。刀齒沖擊形成的振動要比磨削中產(chǎn)生的高得多,并且這些振動限制了非常有限的平衡的有效性。

指令刀具系統(tǒng)公司的PE,William Keefe解釋說:“跳動變化會影響振動,通常會消除來自平衡的增益毅臊。機(jī)加工比磨削允許更高的振動,原因是機(jī)加工公差一般比較大,而總體操作不會從更嚴(yán)格的平衡公差受益理茎。因?yàn)檫@些原因,機(jī)床主軸和機(jī)床零件通常用G2.5及G6.3的振動級規(guī)定」苕遥”

G數(shù)通常被指定給一個總體組件皂林。機(jī)床主軸組件可能在操作中擁有G6.3的總體設(shè)計(jì)平衡水準(zhǔn),而主軸和刀夾卻可能平衡到G2.5級。此外,主軸的重量和圓柱形構(gòu)造使它可以很容易平衡到G2.5蚯撩、G1.0 甚至G0.4級密巷。

主軸的主要旋轉(zhuǎn)質(zhì)量可以在中心之間或通過中心方便地加以平衡,形成很高的分辨率及重復(fù)精度。一個組件的所有主要子部件都具有相同的振動水準(zhǔn)要求饲悟。

由于刀夾的定位面是一個錐體,因此刀夾平衡比較困難咏编。刀夾的輕重量,連同錐體/平衡機(jī)構(gòu),使得在主軸轉(zhuǎn)速較高的情況下將刀夾平衡到G 1.0、G2.5或G6.3很困難熄朴。

理想情況下,表面粗糙度是由進(jìn)給速度理侄、切深及主軸轉(zhuǎn)速確定的勺激。但是,表面粗糙度還受本底振動影響。來自良好切割的振動應(yīng)該是主軸轉(zhuǎn)速(rpm)的倍數(shù)限牢。在主軸頻率下產(chǎn)生的力或其倍數(shù),包括失衡力以及每個刀齒削掉切屑時(shí)產(chǎn)生的力捎滴。

失衡力在組件中的作用可能像額外跳動。指令刀具系統(tǒng)公司估計(jì),因平衡良好的刀具增加的跳動或者動態(tài)跳動為25 μ英寸~50 μ英寸 (0. 64 μm~1.3 μm)戈裳。在平衡至G12的刀夾以15,000r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時(shí),這個額外的跳動可能高達(dá)0.00016英寸(4.1 μm)悉契。在一家大型制造廠進(jìn)行的一系列切削試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),平衡至G2.5和G12的刀夾加工產(chǎn)生的表面粗糙度沒有明顯的差異。

但是,這只是一個試驗(yàn),如果從這些結(jié)果概括出一般性結(jié)論,那么就可能引起誤導(dǎo)橘蹭。當(dāng)切屑負(fù)荷很小時(shí),上升的G級其效應(yīng)可能就很明顯了憔辞。

振動級法是考察平衡時(shí)約束性最高的方法。通常,由于缺乏理解,或者因想補(bǔ)償沒有實(shí)施或以不正確方式實(shí)施的平衡這種愿望,會指定不必要的具有約束性的平衡級摊滔。

力控制,另一種處理平衡的方法,要求理解加工力和平衡力,并管理總體水準(zhǔn)以防主軸損壞阴绢。隨著轉(zhuǎn)速上升,平衡變得更加重要,因?yàn)橐蚴Ш舛a(chǎn)生的力是速度平方的函數(shù)。

在許多低速應(yīng)用中,不需要進(jìn)行任何類型的平衡操作艰躺。在主軸轉(zhuǎn)速較低時(shí),平衡不重要,因?yàn)槠胶庖l(fā)的力很低呻袭。

但是,在高速下,振動法不實(shí)用,因?yàn)榱Ψ匠坍a(chǎn)生非常低的允許剩余失衡量。

盡管振動法在某些情況下可能夸大平衡的重要性,但是力控制法卻忽略了這樣一個事實(shí),那就是,盡管失衡力可能不會損壞機(jī)床,但加工出來的零件可能會不合格腺兴。

盡管特定的失衡可能不會產(chǎn)生出一個高得足以損壞主軸的力,但是如果刀具不止一個切削刃,那么失衡力矢量的功能會像跳動一樣破壞工件表面粗糙度左电。這是因?yàn)槭Ш饬﹄S著刀具旋轉(zhuǎn),并且始終會相對于主軸面指向相同方位。即使很輕微的失衡,如果它旋轉(zhuǎn)足夠快,也可能形成100磅(445 N)的失衡力,這么大的力足以將主軸中心線拉成一個圓,這個圓的半徑等于主軸彈性常數(shù)乘以因失衡而產(chǎn)生的力页响。這種主軸中心線跳動是因刀夾失衡造成的篓足。

King說:“振動法比較保守,保證可以解決平衡問題。但是,在某些情況下,堅(jiān)持這種方法會不經(jīng)濟(jì)或?qū)嶋H上不可能闰蚕。在這些情況下,應(yīng)該對產(chǎn)生的力進(jìn)行評價(jià),如果足夠低,那么就可以通過機(jī)床制造商及刀夾供應(yīng)商的協(xié)助而啟動一個嘗試過程,以確定是否可以產(chǎn)生緊公差栈拖。當(dāng)?shù)秺A以高出30,000 r/min的速度轉(zhuǎn)動時(shí),無法達(dá)到G2.5。由于刀夾抓取和定位中所涉及的機(jī)構(gòu)的原因,任何時(shí)候試圖實(shí)現(xiàn)低于1 g-mm的失衡量都是一種浪費(fèi)陪腌。”

某些刀夾柄部和端部從平衡方面看要優(yōu)于其它產(chǎn)品燥颠。本文中,嚴(yán)格從平衡方面考慮刀夾叼稍。

刀夾平衡要考慮的問題

在考慮采用哪種刀夾/刀具接口時(shí),精度和抓取強(qiáng)度最重要。在許多操作中,可以有多種選擇,這時(shí)候,平衡可能是一個決定性因素睛赁。

盡管摩擦性接口諸如莫氏或Jacobs錐度是對稱的,但不能在高速下使用,因此不考慮闻荠。Weldon型立銑刀刀夾可以加以平衡,但是它們通常因?yàn)樘鴦佣阅懿涣?并且因止動螺釘而具有結(jié)構(gòu)上較弱的90°構(gòu)造。

這兩個問題限制了立銑刀刀夾的性能,盡管它可以很好地進(jìn)行平衡,并且如果采用一致性比較好的刀具,它們會實(shí)現(xiàn)很好的平衡重復(fù)性徙祥。

ANSI型或CT型刀柄具有最大的未修正平衡藻拟。它們帶有偏置驅(qū)動鍵來實(shí)現(xiàn)切削刃之間的同步,對于一把40錐度的刀夾,偏置驅(qū)動鍵可能引發(fā)90 g-mm,而對50錐度的刀夾,則可能引發(fā)400 g-mm的失衡。

因恒定失衡量造成的力隨轉(zhuǎn)速上升的曲線圖

此外,這些刀柄還具有一個不帶導(dǎo)向的保持旋鈕,在任何方向都可能導(dǎo)致5 g-mm ~ 25 g-mm的失衡廉贤。其它刀夾標(biāo)準(zhǔn)性能較好,并且對保持旋鈕進(jìn)行導(dǎo)向可以實(shí)現(xiàn)更高的平衡重復(fù)性卑聚。

DIN69871標(biāo)準(zhǔn)和MAS 403 (BT)標(biāo)準(zhǔn)均類似于CT,但是旋鈕帶有導(dǎo)向性公制螺紋遥妒。平衡方面的最佳設(shè)計(jì)是BT法蘭刀夾,它們不帶偏置驅(qū)動鍵,并且結(jié)構(gòu)完全對稱。

E和F HSK刀夾高速版中沒有非對稱結(jié)構(gòu),因此它們自始至終都處于完美的平衡狀態(tài)纽秽。但是,由于A型HSK刀夾具有很難在兩個平面內(nèi)修正的固有失衡性,從平衡方面看,它們比ANSI型刀夾更差珍询。

套筒銑刀刀夾可以在組裝后加以平衡,但是通常會因?qū)驂K上允許的公差而引發(fā)誤差。此外,某些刀具不對稱掰腌。對稱并不等同于偶數(shù)數(shù)量策橘。具有三個和五個刀齒的刀具可以對稱,而一把四齒刀具卻不一定平衡。

大多數(shù)可轉(zhuǎn)位刀具具有最高的額定轉(zhuǎn)速,盡管刀具可以針對更高速度平衡,但是卻不得以超出刀具廠家規(guī)定的速度運(yùn)行娜亿。銑刀夾頭通常在高速和高功率加工中使用丽已。盡管它們具有優(yōu)異的精度和抓取強(qiáng)度,但是它們的平衡重復(fù)性卻很差。如果運(yùn)動元素較多,通常平衡重復(fù)性就比較低——盡管情況并非始終如此买决。液壓夾頭重復(fù)性和精度可以非常高沛婴。

動態(tài)密封裝置,諸如活塞等,始終產(chǎn)生微泄漏。使用足夠長時(shí)間后,這種泄漏會大大限制性能策州。

液壓夾頭還具有一個薄薄的限制其高速銑削有效性的彈性膜瘸味。在鉆削操作中(通常以低速進(jìn)行),液壓夾頭始終被認(rèn)為是一個良好的應(yīng)用。

彈簧夾頭刀夾對于高速加工提供足夠高的抓取力够挂。但是,在高功率加工中,該接合體可能發(fā)生滑移——特別是在低速時(shí),因?yàn)榱νǔ８哂诟咚偌庸ぶ挟a(chǎn)生的力旁仿。

DR彈簧夾頭具有很精確的節(jié)距,帶有一個60度V形結(jié)構(gòu),可以防止速度上升時(shí)松動。經(jīng)驗(yàn)表明,端部直徑越小,刀夾運(yùn)行速度就可以越高孽糖。彈簧夾頭結(jié)合體和彈簧夾頭是對稱的,具有非常好的平衡,并且一起運(yùn)行時(shí)性能非常好枯冈。

用于抽取彈簧夾頭的接頭需要具有經(jīng)過平衡或?qū)ΨQ的抽取裝置。

過盈配合刀夾不帶移動元件,并且是最好的高速連接裝置办悟。它們的單體設(shè)計(jì)可以完美地定位刀具,并且是對稱的尘奏。主軸速度高于50000 r/min時(shí)產(chǎn)生的離心力是唯一在操作中松開刀夾抓取力的因素。盡管BT40過盈配合刀夾可能實(shí)現(xiàn)了完美對稱,并且因此對于高速加工從設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了平衡狀態(tài),但只有在去除了制造變化性后,它才可以以 15,000 r/min的速度運(yùn)行鸦呆。

提示:用戶必須要能夠測量失衡量,以確保刀夾經(jīng)過了適當(dāng)平衡瓣挂。過盈配合刀夾或彈簧夾頭通常只需要在出廠前進(jìn)行一次硬平衡。除非主軸轉(zhuǎn)速超出約30,000 r/min,否則經(jīng)過平衡處理的刀夾能充分滿足各種平衡要求畔香。

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