高精加工的刀柄技術(shù)

　　保證在高精切削加工中獲得滿意的加工精度易贿，就應(yīng)選擇相應(yīng)的刀柄技術(shù)及其工具系統(tǒng)。這一點往往未能引起人們的重視，可是實際上作為連接機床主軸和切削刀具發(fā)揮重要作用的刀柄楣导，對所制造的零件是否達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求或變成廢次品、對使用的切削刀具是否會快速磨損及是否能長時間使用忌颠、對切削加工效率是否可達(dá)到所期待的高效率漏匿、能否延長機床的有效加工時間等起著重要作用。影響上述效果的主要是刀柄的精度及可靠性敲非。

　　布萊尼工具系統(tǒng)公司的喬治·泰勒認(rèn)為衅洞，如果選擇具有最高精度、最高剛性及最小徑向跳動的刀柄笋窍，則對切削加工十分有利：切削刀具的使用壽命可提高2倍流肢，刀具成本大幅度下降，廢次品率明顯減少凰茫，刀具的徑向跳動精度高和良好的動平衡性可使切屑載荷均勻地分布在刀尖上琅戏，從而可大幅度提高切削速度和進(jìn)給量，可收到生產(chǎn)效率和金屬切除率高必工、縮短機床費用的償還期的顯著效果择常。

　　油壓夾頭制造商海德勒·洛克公司生產(chǎn)的油壓夾頭具有良好的動平衡性，良好的同心度及210kg/cm2的夾緊力等優(yōu)點球垂，用戶只要旋轉(zhuǎn)螺釘滋戳，活塞即開始工作加壓，壓力油壓縮內(nèi)置薄壁套筒而將刀柄夾緊啥刻。

　　該公司的生產(chǎn)部長羅伯特·勞布認(rèn)為奸鸯，彈簧夾頭對幾乎所有的金屬切削加工都能滿足要求咪笑，多數(shù)制造廠家在生產(chǎn)精度極高的彈簧夾頭，其產(chǎn)品質(zhì)量正在不斷提高娄涩，實際上窗怒，該公司生產(chǎn)中所使用的夾具90%是自制的彈簧夾頭，其余10%是自制的油壓夾頭蓄拣。

　　林德克斯公司總務(wù)主管副總經(jīng)理弗蘭克·富萬透露扬虚，該公司生產(chǎn)的夾具幾乎都是油壓夾頭，用于f4mm切削刀具的彈簧夾頭的徑向跳動精度可達(dá)0.005mm球恤；此外辜昵，這種彈簧夾頭在不附加密封件、墊片咽斧、特殊螺母或其它硬件的情況下堪置，可使用壓力為6.9Mpa的內(nèi)冷卻液；還能提供不超出彈簧夾頭徑向跳動糯锦、夾緊力和動平衡等綜合標(biāo)準(zhǔn)用途范圍攒陋，包括熱壓配合(熱裝)、油壓或液壓夾頭最適宜高精加工的任選附件赃律。該公司提供的熱壓夾具薯荷，其內(nèi)徑尺寸特意取負(fù)公差，其目的是靠熱脹冷縮夾緊刀柄咆比。

　　刀柄應(yīng)具有徑向跳動小戒舆、夾緊力大且穩(wěn)定可靠、動平衡性及剛性好等優(yōu)點扩芋。下面對各種刀柄的選擇要點加以介紹睦柏。

　　徑向跳動

　　科曼德工具系統(tǒng)公司的技術(shù)主管董事威利姆·基弗認(rèn)為，在考慮刀柄的選擇標(biāo)準(zhǔn)時聪痢，同心度或徑向跳動應(yīng)優(yōu)先考慮赶馍。在進(jìn)行高精度或高速切削加工時，要求的基本條件是切削力應(yīng)保持不變翼袒，而徑向跳動或偏心會使切削力產(chǎn)生變化摘甜，這對切削加工精度極其不利。保證同心度的目的是使刀具和主軸正確地繞同一軸線旋轉(zhuǎn)玄柏，它與主軸的形式無關(guān)襟衰。

　　泰勒認(rèn)為，與同心度有關(guān)的其它要素是刀具柄部和刀柄夾持面之間的相對同心度粪摘，確逼偕梗孔徑和錐面的相對同心度重復(fù)精度達(dá)到0.005mm是金屬切削加工所需要的必要條件，用戶要求的同心度重復(fù)精度應(yīng)在0.005mm左右徘意。

　　克斯公司的富萬認(rèn)為轩褐，在實際應(yīng)用中用什么方法獲得哪個部位的徑向跳動十分重要。許多形式的刀柄技術(shù)條件強調(diào)玖详，刀尖部位的徑向跳動應(yīng)該很小把介，但要保證刀尖部位徑向跳動達(dá)到所要求的精度是很難的。用本公司的“RO”刀柄和FDC彈簧夾頭系統(tǒng)相組合蟋座，在45秒鐘內(nèi)能將刀具的刀尖徑向跳動調(diào)整到接近于零劳澄。

　　夾緊力

　　在高精加工中，刀柄應(yīng)具有足夠的夾緊力蜈七，其夾緊力應(yīng)從數(shù)千磅至液壓式夾具的6000磅范圍內(nèi)。特克納克工具系統(tǒng)公司的項目經(jīng)理塔克·約西莫特認(rèn)為墅纲，在一般的加工條件下刀具的夾緊力是足夠的，但在加工中產(chǎn)生振動時游淆，應(yīng)使用熱裝(熱壓配合)刀柄或液壓式刀柄裝夾刀具症妻，因為熱裝刀柄與其它形式的刀柄相比，能較好地保持刀具的位置精度追临。

　　T·M·史密斯國際工具公司曾使用幾種大型扭矩扳手對油壓夾頭边久，熱裝刀柄的夾緊力進(jìn)行了測試，熱裝刀柄的夾緊力最大遏治。

　　動平衡性

　　在高精加工中，刀柄應(yīng)具有優(yōu)良的動平衡性觅冈，尤其對高速切削更為重要。為高精高速切削加工所設(shè)計的刀柄昵慌，則必須制訂出高水平的動平衡指標(biāo)假夺。但無論哪一種工具系統(tǒng)的動平衡都不是絕對平衡的。刀柄或整體刀具的不均衡是很難消除的斋攀，首先是消除不平衡的大部分已卷，之后把裝在主軸上的刀具修正到滿足要求的狀態(tài)。另一方面蜻韭，我們用試驗的方法開始觀察悼尾，在不同切削速度條件下，由不平衡而產(chǎn)生的一種力的情況肖方，并判斷該力對切削加工的最大影響未状。可以肯定析桥，刀具越長司草，不平衡的問題就越嚴(yán)重。

　　剛性

　　刀柄必須具有足夠的剛性泡仗。泰勒認(rèn)為埋虹，許多廠家使用高的主軸轉(zhuǎn)速。為適應(yīng)加工材料的變化裁愉，可選用的切削速度范圍很寬驳辖，切削刀具的剛性對加工質(zhì)量及加工性能有很大影響。因此要把刀柄設(shè)計成刀具能繞其軸線旋轉(zhuǎn)而且刀柄和刀具組合后属缚，在切削載荷的作用下体咽，不會產(chǎn)生彎曲∷眇科曼德工具公司的基弗將其概括為“在空間允許的范圍內(nèi)飒迅，必須盡量把刀柄設(shè)計成短且剛性好的接柄“镁粒”

　　工具系統(tǒng)的選擇

　　油壓夾頭能夠提供足夠的剛性和動平衡泌弧，并能使刀具柄部與夾頭的軸心成一直線。油壓夾頭的特點是力鹰，其內(nèi)有較薄的套翻框，此套在油壓作用傳遞壓力并能實現(xiàn)刀柄360°范圍的夾緊⊙拢科曼德工具公司的基弗則認(rèn)為窗悯，帶薄壁內(nèi)套的油壓夾頭用于輕切削的銑削加工和鉆削加工有它的局限性，鉆削加工宜采用油壓或熱裝刀柄偷拔，銑削加工宜采用熱裝刀柄蒋院。用在鉆削加工中，鉆頭承受的是軸向壓力和扭矩莲绰，不會使內(nèi)套承受彎曲力欺旧，而銑削加工中，內(nèi)套承受側(cè)壓而產(chǎn)生彎曲蛤签。

　　林德克斯公司的富萬指出辞友，帶薄壁內(nèi)套的油壓夾頭用于夾持焊接刀具有時會發(fā)生破損的情況，油壓夾具只能夾持圓柄刀具震肮，不適合夾持非圓柄刀具称龙。如果用油壓夾頭來夾持非圓柄刀具，將會使內(nèi)套產(chǎn)生不均勻變形戳晌，使用時間過長鲫尊，就難以牢固地夾緊刀具痴柔。

　　特克納克工具系統(tǒng)公司的項目經(jīng)理塔克·約西莫特指出，油壓夾頭需要定期清洗維護模博，必須解決用戶不熱悉清洗維護技術(shù)而產(chǎn)生的問題溅蓖，與其它裝置比較，油壓裝置的維護保養(yǎng)需要較高的技術(shù)攘调，裝置的螺釘不能松動剥讼，密封系統(tǒng)必須定期檢查維護。

　　熱壓配合技術(shù)

　　配合工具系統(tǒng)技術(shù)是近年來的熱門話題拾哈。其主要原因是熱壓配合技術(shù)能夠提供近乎完美的刀柄乞芳，即刀柄的徑向跳動很小、夾緊力大染痊。使用這種刀柄可獲得加工精度高脸嗜、表面粗糙度優(yōu)良及刀具使用壽命長的效果。

　　該工具系統(tǒng)的裝夾原理是用感應(yīng)加熱等方法將其刀柄加熱樱搪，當(dāng)溫度達(dá)到315℃～425℃時，使負(fù)公差的刀柄內(nèi)徑充分?jǐn)U大到刀具柄部能插入的程度阴香，此時將刀具柄部插入內(nèi)孔离秸，然后冷卻刀柄，靠刀柄冷卻收縮以很大的夾緊力同心地夾緊刀具恳蹲。

　　據(jù)T·M·史密斯國際工具公司系統(tǒng)經(jīng)理杰里·諾頓介紹虐块，幾年前，該公司就決定在油壓式工具系統(tǒng)和熱裝式工具系統(tǒng)中選擇一種進(jìn)行生產(chǎn)嘉蕾，經(jīng)考慮贺奠，決定選用熱裝式工具系統(tǒng)。有人持不同觀點错忱，認(rèn)為要加熱刀柄儡率，不僅在加熱設(shè)備方面需花費很多投資，而且還存在安全和其它問題以清。在實施過程中儿普，把刀柄加熱到500°F，600°F甚至到800°F曾發(fā)生過嚴(yán)重的燙傷事故掷倔；此外還存在如何測控溫度的技術(shù)問題眉孩。為此在防罩、溫控傳感器方面有待進(jìn)一步改進(jìn)勒葱。

　　熱裝式工具系統(tǒng)的精度要比其它工具系統(tǒng)的精度高浪汪，所以最適合于裝夾高質(zhì)量的硬質(zhì)合金刀具，而不適合裝夾高速鋼刀具以及精度和性能分散度大的刀具凛虽。此外书吗，使用熱裝式工具系統(tǒng)栓属，其刀具的預(yù)調(diào)(對刀)也是一個需要解決的問題，熱壓配合裝置的生產(chǎn)廠商已找到了對此問題的解決方法(見附表)乖靠。

　　表 高精加工用各種刀柄夾緊技術(shù)的比較

　　刀柄形式        基本特性             特點           注意事項

　　彈簧夾頭   360°夾緊翎郭，高速切削時    使用柔性好；    交換刀具時需要清理

　　刀具易松動萤忘；新型彈簧夾   徑向跳動在

　　頭抗離心力強蔽掀。容易被弄   0.01～0.02mm

　　臟。刀尖的徑向跳動決定

　　于彈簧夾頭及其夾具徑向

　　跳動和精度悔邀。  

　　油壓式刀柄  360°柔性夾持循抱；內(nèi)套夾    容易快速獲得   成本高，動密封處

　　緊刀具柄部的重復(fù)徑向跳   理想的徑向跳   易濺漏删舀；維護不良

　　動精度高蟀符；最適合于孔加   動精度         易發(fā)生刀具移位；刀

　　工及精銑梭狱；由于撓曲問題                  具未完全進(jìn)入夾緊腔

　　而不適合彈力切削加工拍随。                  口時，內(nèi)套將會破損猾瘸，

　　抗大幅度溫度變化能力差界赔。

　　熱壓配合刀柄  夾緊力大，支承優(yōu)牵触；     非常接近于整    材料必須是對高熱周

　　對主軸速度無影響淮悼；      體刀具；徑向    期不敏感的材料揽思；加

　　要長時間保持徑向跳      跳動精度范圍：  熱裝置需預(yù)先投資袜腥；減振能力弱

　　 動精度，必須夾緊刀具    0.002～0.005mm

　　柄部的全長钉汗；抗污能力強  

　　液壓式刀柄  徑向跳動精度和夾緊能     夾緊力非常大徑   所用泵需預(yù)先投資

　　力與熱壓配合式刀柄匹     向跳動精度范圍:

　　敵羹令，適合強力銑削及高速   0.002～0.006mm

　　切削  

　　作為精密切削加工的另一種選擇是選用Sandvik Coromant公司開發(fā)的液壓式刀柄。這種刀柄夾緊結(jié)構(gòu)見圖3损痰。據(jù)該公司介紹特恬，有經(jīng)驗的有戶僅用20秒種就能完成夾頭的更換。這種刀柄內(nèi)裝有兩層套筒徐钠，外套與刀柄內(nèi)孔有2°的錐度癌刽，當(dāng)液壓推外套就使內(nèi)套向刀具柄部周圍收縮而將刀具夾緊。刀柄壁很厚寥伍，可獲得此油壓式刀柄更高的剛性虑治，可用于粗加工。用戶將原的閥門設(shè)定在“夾緊”，插入刀具后泵就起動瘪棱。系統(tǒng)的操作壓力為45KN害寸，此時讓泵停止工作，閥門回到中間位置窒兼，刀柄就卸載寝谚。在這樣的工作狀態(tài)下盆篡，夾緊刀具柄部的夾緊力可達(dá)413.7Mpa瘸洛。這種工具系統(tǒng)可提供能與油壓式及熱壓配合式相匹敵的同心度和夾緊力，從表面到孔徑3倍深處的徑向跳動在0.0025mm以下瞒谱，夾緊力能均勻地作用在刀具柄部的全長和整個圓周上威沙。本工具系統(tǒng)維護方便苹动，刀柄設(shè)有易損件，只有刀柄內(nèi)孔必須及時清理攘活，唯一需要維護保養(yǎng)的是泵蠢涝、手輪的噴咀。

　　該工具系統(tǒng)預(yù)先投資大阅懦，所以并不是所有用戶都適于使用和二。一般來講較適于大型客戶使用，小型客戶使用該系統(tǒng)不夠經(jīng)濟耳胎。但在刀具交換頻繁儿咱、精度要求高、徑向跳動要求小及要求刀具壽命長的場合场晶，可以考慮采用該工具系統(tǒng)。

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