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如何把握好刀具與機床的匹配性呢

日期: 2017-08-23    來源:互聯網

  刀具作為直接或間接安裝在機床上,用以完成工件加工任務的工具,我們必須考慮兩個適用性和一個匹配性。即適用于所選用的機床,適用于所選用的工件,適用于加工任務以及與機床相匹配。但是,本文主要從刀具的匹配性出發,談論如何把握好刀具與機床的匹配。

  談及刀具與機床匹配,各位可能首先想到的,是外形和尺寸的匹配。的確,外形和尺寸的匹配是刀具在機床上能夠正確安裝的基礎。沒有這個基礎,刀具無法被正確地安裝在機床上,因此也就談不上完成什么加工任務。

  但是,僅有這一點是不夠的。

  刀具在被安裝在機床上之后,是需要完成一定的加工任務的。在完成這個加工任務的過程中,需要保證加工精度、需要承受和傳遞切削力和切削扭距、需要完成切削熱的承受、傳遞和導出,需要考慮有可能的切削廢棄物(切屑和料頭)甚至是工件的傳輸,以及現代的刀具參數數字化傳遞等等。

  這些任務有些雖然不是常見,確也是刀具可能承擔的任務。如果我們能夠在選擇刀具,考慮刀具與機床的匹配性方面一并考慮,會增加我們解決加工問題的思路。

  保證加工精度、傳遞切削力和力矩、提供切削液的通道是我們目前在保證外形和尺寸的匹配后,經常會遇到的問題。例如在加工中心上,我們經常使用圓柱形(通常稱為直柄)作為夾持方式。那么就圓柱形的刀柄,除典型的完整的圓柱形外,還有一些在圓柱形上增加一些其它要素的變化,如削平型直柄(銑刀按直徑分為單削平面和雙削平面兩種,鉆削常見全削平面,都被稱為側壓式),帶2°傾斜的斜削平式,帶扁尾的直柄(常用于鉆頭),帶方身的直柄(常用于絲錐和鉸刀)等多種方式。

  就這類刀柄與機床的聯結方式來說,只用圓柱部分定位、夾緊的也不在少數。各種壓力角的彈簧套系統,強力夾頭系統,液壓鎖緊系統、熱膨脹裝夾系統、力變形鎖緊系統等都是用于鎖緊圓柱刀柄的。但各種夾持方式各有優點和缺點。就拿最常見的彈簧套系統來說,大的壓力角(此處將壓力角定義為錐面鎖緊的正壓力與圓柱軸線的夾角),即大的錐角代表鎖緊行程較短,有利于快速地鎖緊與松開,但在相同的鎖緊力矩下分解到圓柱面上的正壓力較小,由此產生的摩擦力距小,能夠抵抗的切削力距也相應比較小,刀具易在刀柄中產生打滑的現象,影響加工過程的平穩性和加工表面質量;同時此類夾頭可夾持的刀柄直徑變化范圍較大,有利于減少彈簧套的庫存,優化管理。而小的壓力角就相反。小的壓力角的彈簧套可夾持的刀柄直徑范圍較小,夾緊時的鎖緊行程較長,不利于快速夾緊與松開,但其夾持精度稍高,夾緊力大,能承受更大的切削載荷。

  液壓鎖緊系統是一種新興的夾持系統,它利用高粘度液壓油的不可壓縮性使刀具夾持腔的內壁發生彈性變形,從而鎖緊刀具。液壓鎖緊系統的精度高,鎖緊與松開不需要專門的器械從而顯得比較方便,鎖緊力矩通常也優于彈簧套系統,但其內壁只能在彈性變形的范圍內工作。一旦超出此范圍,內壁就會出現不可逆轉的塑性變形,就會造成該刀柄裝夾腔的永久性失效。因此,削平型刀柄,尤其是鉆削刀具常用的全削平型刀柄是不能在液壓鎖緊系統中使用的。空腔施壓、刀柄未插到容腔底部等,也是會導致該系統損壞失效的常見原因。

  熱膨脹裝夾系統則通常需要專用設備,這樣的設備以能控制加熱、冷卻按多種預定模式進行的為佳。非專業的加熱設備(甚至火焰加熱)也許可以使用,但常常由于溫度和加熱曲線不能得到良好的控制而對刀柄的其它部分受到影響,甚至改變其金相組織,從而使系統很快失效。另外就是熱膨脹裝夾系統的刀具長度難以調整,需要專門的輔助工具,這給在需要多刀具同步工作的場合增添了一些麻煩。

  在另一方面,刀具夾持方式也可能決定著生產效率的可能值。

  圓柱刀柄和液壓、熱膨脹都是可以適應較高轉速的平衡設計,而削平型的裝夾卻是一種典型的非平衡設計,刀具廠商都將其列入不推薦用于高速切削的行列。

  就刀柄本身而言,在被銑(或磨)去一部分材料形成壓力面時,刀柄部分的重心即與刀具的回轉中心不重合了。在刀具夾緊的過程中,削平柄被鎖緊螺釘推向已經偏離中心的那一側,刀具的重心將進一步偏離刀具在機床上的回轉中心,這些都增加了刀具的不平衡。加上一些使用者在原始的鎖緊螺釘損壞或遺失后隨意配上一個螺釘,長度等往往沒有在意,這樣的行為也給刀具的平衡性能增加了不確定性。因此,削平型(包括斜削平)都不建議在高速下使用。

  但削平型是帶有強制驅動性質的刀柄,它較純圓柱完全依靠摩擦力傳動在高扭距下更為可靠。因此,在粗加工(粗加工一般扭距大,但轉速較低)時還是比較合適的。

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