论刀柄在刀具应用中的地位
随着高精度高速切削技术的发展,数控机床对刀具系统的刚度、精度、耐用度及动平衡性能等方面要求更为严格。适应高速切削的刀具系统的高效解决方案成为高效率、高质量加工的关键。
刀具系统包括刀具、刀柄等,是数控机床的重要配置之一,刀具系统不仅影响数控机床的生产效率,而且直接影响零件的加工质量。尤其是在高速切削的条件下,刀具系统的动平衡性能非常重要,刀具系统微小的不平衡性会导致巨大的离心力,造成机床系统整体工作的不稳定,对于工件质量以及刀具寿命都具有不利影响。同时刀具系统的连接又存在着很多亟待解决的现实问题,传统机床的连接方式已经不能够满足高速机床连接系统的精度以及刚度要求,而刀具系统的静、动刚度是影响加工精度及切削性能的重要因素,刀具系统刚度不足会导致刀具系统的振动,从而降低加工精度,并加剧刀具的磨损,降低刀具的使用寿命。因此,针对不同行业需求及工况,应用于高速、重载切削的刀具系统及其高效解决方案得到了广泛的研究和应用。
新型刀柄的开发应用
刀柄是机床和刀具的关键连接环节,对整个加工系统的性能有着很重要的影响,合适的刀柄可以最大程度延长刀具寿命,获得最佳的工件表面加工质量。高速切削加工要求刀柄应具有较高的重复定位精度、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。高速切削加工用刀柄的发展趋势是采用双面过定位原理,提高刀柄系统的结合刚度,同时解决好刀柄过定位带来的相关问题,并不断改善刀柄材料的性能。
肯纳公司开发了BTKV高扭矩液压刀柄,悬伸长度小,前壁横截面更大,具有更好的刚性,这种设计方案确保更高的切削参数,以及更好的表面加工质量。与常规型液压刀柄相比,夹持力增大3倍以上,在直径/悬伸量2.5倍的情况下,跳动量仅为3μm。在25?000?r/min转速下,产品动平衡性能为G2.5,因此在高速切削加工时振动小,加工效率更高。在锁紧/解锁操作中,它采用简便的侧面驱动方式,机械限位锁紧装置,调整长度为10?mm,可产生稳定可靠的夹持力,可以对20 mm和32 mm产品直接夹持。在铣削、钻孔、铰削和其他旋转加工应用中,BTKV高扭矩液压刀柄可大幅度延长刀具寿命、提高工件表面加工质量。
针对薄壁零件的切削,细长杆的车削、镗削和铣削,所使用的大长径比刀杆等加工时产生的切削振动问题,山特维克可乐满公司开发了Silent Tools减振刀柄,通过刀体内部的减振机构将切削振动消减至最小,同时在较短的悬径比下如3~4倍的悬伸的时,使用Silent Tools减振刀柄既可以改进零件表面质量也可大幅提升生产效率,获得良好的稳定性和加工精度。实验证明,在工艺连接凸缘的典型内孔粗加工中应用Silent Tools减振刀柄,大大减小了切削振动,能够将主轴速度提高一倍多,并使生产周期缩短了1/3,生产效率提升了188%。
热胀刀柄径向跳动很小、夹紧力大,使用这种刀柄能较好地保持刀具的位置精度,可获得加工精度高、表面粗糙度优良及刀具使用寿命长的效果,因此热胀刀柄在解决高速精加工中的平衡、振摆精度及夹紧度等问题更具优越性。德国Bilz公司开发了TSF系列热胀刀柄,细长的外形避免了加工中与零件的侧壁出现干涉,动平衡<1g.mm/kg,圆周跳动小于0.003mm,在精密平衡仪的帮助下高速运转时无干涉,非常适用于高速切削。同时为了满足加工中内冷的需要,Bilz公司推出了SCK内冷刀柄,冷却液压力可达50?bar(1?bar=105?Pa),主轴转速可达15000 r/min并提供双通道适用于微量润滑(MQL)加工,可实现一致、高质量的切削性能,过程安全,刀具寿命延长高达100%。
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