内部刀具平衡 实现快速回报

刀柄、动平衡机,热缩机及附件的制造商HAIMER GMBH 公司,在自己的生产现场进行了一项关于采用刀柄动平衡机好处的内部案例研究。该公司发现,根据加工中心不同翻班．每台加工中心每年能节约成本2万至4万美元。通过平衡插入的刀具与刀柄,主轴使用寿命可以延长一倍,切削量增加了10%,刀具寿命亦延长了10%此外．表面质量与精度得到改善,颤振与废品减少。同时．试验表明．在任何转速(r/min)范围内,平衡工具都产生积极的结果,在高速机床,尤其是主轴速度大于8000r/min的高速机床从平衡刀具中获得的益处最多。

美国Hoffman公司的产品经理Michael Layne先生在一份白皮书中称:“一个不平衡仅1.0gm-mm的平衡良好的)刀柄,在转速15,000r/min时,将产生0.56磅(约2.49牛顿,切削技术网站注)的径向力。当研究刀柄及其平衡要求时,我们发现,CAT-50刀柄的平均初始不平衡是250gm-mm。在转速15,000r/min时,250gm-mm的不平衡将产生高达140磅(约623牛顿,切削技术网站注)的连续径向力!”。这份白皮书的名称是《检测与校正高速加工中刀柄的不平衡》,是Layne为其公司——美国的精密动平衡机制造商Hoffman公司所撰写的。

Layne说,因切削刀具的运动,刀具不平衡会导致颇振与形成表面波纹。高频颤振亦会导致表面抛光差．不平衡还会异致无法保持紧公差．从而使废品率增加。

在机床上,不平衡会导致主轴轴承过早失效,造成代价巨大的停工。几家主要的刀柄制造商的近期研究表明,采用平衡的刀柄与刀具,刀具的寿命可延长50%之多。刀具、刀柄及止动旋钮(若适用) 应该作为一个组件来平衡。然而并非所有刀具都需要平衡。应该对一个过程中的每种刀具都进行评估,确定应用是否需要调整紧公差平衡。应该考虑刀具转速(r/min) ,刀具重量,刀具操作及施加在主轴上的应力。

造成不平衡的原因可能来自固有因素．包括刀柄的特征,也可能来自随机原因,如夹头的位置或夹头螺钉的位置,或切削刀具,或在立铣刀刀柄上使用的紧定螺钉。来自固有因素的不平衡通常由刀柄制造商通过设计与预平衡来解决．随机原因可能在每次更换切削刀具或当夹头松开与重紧时都会发生变化．没有活动部件的刀柄．如热缩式刀柄,当其预平衡后,往往不容易失去其平衡状态。液压夹盘亦易于平衡,在使用中很容易重新获得平衡。

不论所采用的主轴速度及刀柄类型,采用平衡刀柄与刀具的内部项目,可降低成本和可保持紧公差及附带的其它益处,很快就可以获得投资回报。

10秒钟内安装刀具

Rego-Fix Tool公司开发了一种简单快速,在不到10秒内装好刀具的方法,热缩式和机械式均适用。

这家刀柄公司适用高情度高速加工中并获得注册商标的powerRgrip刀具夹紧系统。powerRgrip是一种机械式夹紧系统。Rego-Fix称其续有比热缩式刀具夹更强大的夹紧力。

该系统设计简洁；即采用独有的、紧液压装置,准确安全地将刀具安装进夹头中,然后将夹头装入刀柄中。台式液压设计用于施加准确的压力——高达6吨——将夹头与刀具压进刀柄中。液压反过来亦可用于拆却刀具、夹头及刀柄。刀具夹紧为无匙设计,依赖刀柄的中心力将刀具保持在适当位置。

该系统甚至可提供更高准确度与精密度的刀具夹紧系统,可以在同一刀柄内使用夹紧直径0.20mm～20mm(0.0787402英寸-0.7874016英寸)的刀具。并且不象热缩式的夹紧装置对小型刀具有限制。

Rego-Fix Tool公司总裁Andreas weber说,公司最近为微型钻床与铣床开发的刀柄,使powRgrip能够使用小到0.20mm的夹紧直径。

powRgrip能够保证跳动量低于3µm(0.0001181英寸),公司称其甚至在更换刀具2万次后仍能保持紧公差。而且．本系统预调刀具小于10µm(0.0003937 英寸)。

weber说:“与任何其它刀具夹紧系统相比,该系统从有最高的夹紧力及跳动准确度”,他补充说本系统的液压夹紧力在切削时还可提供高的能动衰减能力。

除其机械性能之外,Wober说powRgrip系统还使预调刀具的温度控制在可接触程度,预调后不需等待热量散失,如热收缩系统那样。

Rego-Fix在5月22～24日在马萨诸塞州的West Springfield市举行的Eastec贸易展上展示其powRgrip系统。

热缩式刀具的建议

刀柄的热缩技术的优点:夹紧力和同心性得到提高,该技术在机械师中非常流行。

热压配台技术的理论夹紧压力是孔与刀柄之间的过盈配合(inter ference)及刀柄壁厚的函数。这是基于Lames理论推导出来的公式。因两种材料泊松比的差别,硬质合金刀柄的夹紧压力比同尺寸的钢制切削刀要要低大约10%。

拉拔力是夹紧压力、摩擦系数及接触表面积的函数。典型计算采用摩擦系数0.15,其中假设在刀柄内径(ID)具有12-16微英寸的表面抛光,刀柄上具有8微英寸的表面抛光。Command Tooling Systems采用两者都是16傲英寸抛光的钢-钢,进行试验证实了所计算的数值。这说明表面抛光较好的硬质合金刀具需要的拉拔力低于以摩擦系数按0.15计算得到的数值。拉拔力与摩擦系数成正比．经验还进一步证明,在高螺旋刀上的超精加工硬质合金刀柄,在强切削或震颤情况下将会脱出。因此,刀柄的抛光应该低于16微英寸,以得到最佳的保持力。

刀柄应该是圆的,而不是扁的．无雕刻、凹坑或其它表面缺陷。

消洗相互配合的零件是必要的,推荐使用非易燃溶剂作为清洗剂进行清洗。在加热过程中,油将会变成油泥,很容易将各部件“粘”在一起。应该小心,避免在切削刀具后部储有水分,因为在取下刀具时膨胀气体可能产生高压。

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