高精切削加工刀柄技术和工具系统的选择.doc

高精切削加工刀柄技术和工具系统的选择 高精切削加工的刀柄技术 若想保证在高精切削加工中获得满意的加工精度，就应选择适当的刀柄技术及工具系统。但这一点往往未能引起人们的充分重视。实际上，对于连接机床主轴和切削刀具的刀柄，对于所制造的零件是否达到相关标准要求或变成废次品、对所用切削刀具是否会快速磨损及能否长时间使用、对切削加工效率是否可达到期待的高效率、能否延长机床的有效加工时间等起着重要作用。影响上述效果的主要是刀柄的精度及可靠性。 美国布莱尼工具系统公司的乔治·泰勒认为，如果选择具有最高精度、最高刚性及最小径向跳动的刀柄，则对切削加工十分有利：切削刀具的使用寿命可提高2倍，刀具成本大幅度下降，废次品率明显减少，刀具的径向跳动精度高和良好的动平衡性可使切屑载荷均匀地分布在刀尖上，从而可大幅度提高切削速度和进给量，可收到生产效率和金属切除率高、缩短机床费用的偿还期的显著效果。 美国油压夹头制造商海德勒·洛克公司生产的油压夹头具有良好的动平衡性，良好的同心度及210kg/cm2的夹紧力等优点，用户只要旋转螺钉，活塞即开始工作加压，压力油压缩内置薄壁套筒而将刀柄夹紧。 该公司的生产部长罗伯特·劳布认为，弹簧夹头对几乎所有的金属切削加工都能满足要求，多数制造厂家在生产精度极高的弹簧夹头，其产品质量正在不断提高，实际上，该公司生产中所使用的夹具90%是自制的弹簧夹头，其余10%是自制的油压夹头。 美国林德克斯公司总务主管副总经理弗兰克·富万透露，该公司生产的夹具几乎都是油压夹头，用于φ4mm切削刀具的弹簧夹头的径向跳动精度可达0.005mm；此外，这种弹簧夹头在不附加密封件、垫片、特殊螺母或其它硬件的情况下，可使用压力为6.9Mpa的内冷却液；还能提供不超出弹簧夹头径向跳动、夹紧力和动平衡等综合标准用途范围，包括热压配合(热装)、油压或液压夹头最适宜高精加工的任选附件。该公司提供的热压夹具，其内径尺寸特意取负公差，其目的是靠热胀冷缩夹紧刀柄。精密刀柄应具有径向跳动小、夹紧力大且稳定可靠、动平衡性及刚性好等优点。下面对各种刀柄的选择要点加以介绍。 径向跳动 美国科曼德工具系统公司的技术主管董事威利姆·基弗认为，在考虑刀柄的选择标准时，同心度或径向跳动应优先考虑。在进行高精度或高速切削加工时，要求的基本条件是切削力应保持不变，而径向跳动或偏心会使切削力产生变化，这对切削加工精度极其不利。保证同心度的目的是使刀具和主轴正确地绕同一轴线旋转，它与主轴的形式无关。泰勒认为，与同心度有关的其它要素是刀具柄部和刀柄夹持面之间的相对同心度，确保孔径和锥面的相对同心度重复精度达到0.005mm是金属切削加工所需要的必要条件，用户要求的同心度重复精度应在0.005mm左右。 林德克斯公司的富万认为，在实际应用中用什么方法获得哪个部位的径向跳动十分重要。许多形式的刀柄技术条件强调，刀尖部位的径向跳动应该很小，但要保证刀尖部位径向跳动达到所要求的精度是很难的。用本公司的“RO”刀柄和FDC弹簧夹头系统相组合，在45秒钟内能将刀具的刀尖径向跳动调整到接近于零。 夹紧力 在高精加工中，刀柄应具有足够的夹紧力，其夹紧力应从数千磅至液压式夹具的6000磅范围内。特克纳克工具系统公司的项目经理塔克·约西莫特认为，在一般的加工条件下刀具的夹紧力是足够的，但在加工中产生振动时，应使用热装(热压配合)刀柄或液压式刀柄装夹刀具，因为热装刀柄与其它形式的刀柄相比，能较好地保持刀具的位置精度。T·M·史密斯国际工具公司曾使用几种大型扭矩扳手对油压夹头，热装刀柄的夹紧力进行了测试，热装刀柄的夹紧力最大。 动平衡性 在高精加工中，刀柄应具有优良的动平衡性，尤其对高速切削更为重要。为高精高速切削加工所设计的刀柄，则必须制订出高水平的动平衡指标。但无论哪一种工具系统的动平衡都不是绝对平衡的。刀柄或整体刀具的不均衡是很难消除的，首先是消除不平衡的大部分，之后把装在主轴上的刀具修正到满足要求的状态。另一方面，我们用试验的方法开始观察，在不同切削速度条件下，由不平衡而产生的一种力的情况，并判断该力对切削加工的最大影响。可以肯定，刀具越长，不平衡的问题就越严重。 刚性 刀柄必须具有足够的刚性。泰勒认为，许多厂家使用高的主轴转速。为适应加工材料的变化，可选用的切削速度范围很宽，切削刀具的刚性对加工质量及加工性能有很大影响。因此要把刀柄设计成刀具能绕其轴线旋转而且刀柄和刀具组合后，在切削载荷的作用下，不会产生弯曲。科曼德工具公司的基弗将其概括为“在空间允许的范围内，必须尽量把刀柄设计成短且刚性好的接柄。” 工具系统的选择 油压夹头能够提供足够的刚性和动平衡，并能使刀具柄部与夹头的轴心成一直线。油压夹头的特点是，其内有较薄的套，此套在油压作用下传递压力并能实现刀柄360°范围的夹紧。科曼德工具公司的基弗则