大功率切削刀具夾頭的特點(diǎn)與應(yīng)用
/ 2021/6/5 15:41:02
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在理想情況下，切削刀具及其刀具夾頭在加工中應(yīng)該表現(xiàn)得像一個(gè)整體的、完美平衡的組件一樣可靠——但顯而易見，這是很難實(shí)現(xiàn)的。刀具和刀具夾頭是兩個(gè)單獨(dú)的部件，僅靠作用于其接口界面的夾持壓力而組合在一起，而切削加工時(shí)作用于界面處的不同切削力卻趨向于將其分離。
有時(shí)，這些切削力可能很大，并作用于多個(gè)方向，尤其在用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行大功率銑削時(shí)更是如此。然而，不同的專家對(duì)于所謂的“大切削力加工”卻有不同的定義。
德國(guó)雄克公司(SchunkInc.)產(chǎn)品經(jīng)理JeffKeith指出，“對(duì)刀具夾持力要求較高的加工通常都是一次切削加工(粗加工)，或者是對(duì)高強(qiáng)度的工件材料(如淬硬鋼和常見的航空材料)的加工。”當(dāng)最終用戶試圖通過(guò)增大切削深度、切削寬度或機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)給速度來(lái)縮短加工循環(huán)時(shí)間時(shí)，在二次切削加工(精加工)中也會(huì)產(chǎn)生較大的切削力。
瑞士Rego-Fix公司的產(chǎn)品工程師DavidMcHenry指出，尤其是在對(duì)加工成本敏感的行業(yè)(如汽車制造業(yè))，刀柄必須能夠承受加工要求的更高進(jìn)給率和切削速度，“為了更快去除工件材料，還需要使用具有大螺旋角的新型專用刀具——所有這些都取決于你將如何夾持刀具。”
美國(guó)BigKaiser精密刀具公司副總裁JackBurley解釋說(shuō)，加工韌性較高的工件材料時(shí)，切削力會(huì)增大，而這種力具有將硬質(zhì)合金螺旋刀具拉離刀具夾頭的傾向，特別是用大螺旋角立銑刀加工通常用于航空工業(yè)的“特殊”材料(如Inconel合金和鈦合金)時(shí)，這種情況尤為明顯。當(dāng)用45°或60°螺旋角的立銑刀銑削這些材料時(shí)，立銑刀就像一顆螺釘一樣，將自身拉入工件之中，并趨向于脫離刀具夾頭。同樣，Lyndex-Nikken公司副總裁PrebenHansen也聲稱，粗加工
模具鋼時(shí)，要求刀具夾頭對(duì)刀具有特別大的夾持扭矩。
但是，Techniks公司總裁JohnStagge解釋說(shuō)，通常在談到“大切削力”加工時(shí)，只考慮刀具尺寸和刀具承受的壓力可能會(huì)更好一些。按照Stagge對(duì)加工的定義，直徑大于19mm的立銑刀或鉆頭在承受違禁詞壓力的情況下進(jìn)行切削時(shí)，必須使用大夾持力刀具夾頭。工件材料并不重要，因?yàn)椴牧显杰?，加工速度就越快。因此，甚至在切削鋁時(shí)，也可能引起很大的切削力，因?yàn)樗玫那邢魉俣瓤赡芨哌_(dá)切削鋼時(shí)的4倍。
雄克公司的JeffKeith認(rèn)為，當(dāng)?shù)毒邐A頭在切削壓力下提供了足夠的夾持力時(shí)，人們并不會(huì)給予它們太多好評(píng)——但當(dāng)?shù)毒甙l(fā)生滑移或折斷時(shí)，人們可能就會(huì)把責(zé)任歸咎于刀具夾頭。其實(shí)，問(wèn)題的根源往往來(lái)自于其他方面，如刀具切削刃鈍化、刀具柄部尺寸超差、刀具插入夾頭的方式不正確、工件夾緊不良，或者使用了一臺(tái)主軸精度變差或功率不足的老式機(jī)床。
Keith補(bǔ)充說(shuō)，“如今的機(jī)床重量較輕、剛性較差，而且其主軸電機(jī)和運(yùn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)比較小。這就使加工方式發(fā)生了變化，從采用違禁詞切削深度和寬度以及較小的進(jìn)給率，變?yōu)椴捎幂^小的切削深度和寬度以及較大的進(jìn)給率。”從好的方面來(lái)看，這種加工方式往往意味著，與過(guò)去相比，如今刀具夾頭產(chǎn)生的夾緊力大小已變得不那么重要。
但是，刀具夾頭的選擇仍然至關(guān)重要，而且，關(guān)于哪種類型的夾頭可以提供大夾持力，同時(shí)對(duì)于某種加工具有最佳總體效益也存在一些爭(zhēng)議。對(duì)于各種不同類型的大功率切削加工，機(jī)械式夾頭、熱裝式夾頭乃至液壓式夾頭都具有各自的優(yōu)勢(shì)。
通常，需要在夾緊力與其他一些有利因素(如較小的徑跳、振動(dòng)和較低的成本)之間進(jìn)行權(quán)衡取舍?？紤]一下基本的立銑刀夾頭，這種夾頭采用側(cè)面緊固螺釘與刀具柄部的平面接觸，實(shí)現(xiàn)夾緊。BigKaiser公司的JackBurley認(rèn)為，為了在許多加工中實(shí)現(xiàn)可靠的刀具夾持，目前還沒(méi)有比這種傳統(tǒng)的、“廉價(jià)”的解決方案更好的夾持方法。但是，用戶在切削時(shí)可能要犧牲一部分剛性和穩(wěn)定性。
依靠摩擦力來(lái)保持夾持力的高端刀具夾頭(如熱裝式夾頭)已相當(dāng)流行，但是，這些刀具夾頭也各有利弊。熱裝式夾頭的性能取決于刀具與夾頭都有合適的尺寸精度，以及包圍刀具柄部的熱膨脹孔具有適當(dāng)?shù)氖湛s量。此外，與傳統(tǒng)的彈簧夾頭類似，熱裝夾頭也沒(méi)有保證刀具正確到位的強(qiáng)制鎖緊機(jī)構(gòu)。
BigKaiser公司對(duì)各種類型刀具夾頭夾持粗加工立銑刀的有效性進(jìn)行了對(duì)比評(píng)估，結(jié)果表明，機(jī)械式銑夾頭可以提供違禁詞的夾緊力，同時(shí)還能提供防止刀具拉脫的安全性和良好的平衡，并能覆蓋一定范圍的刀柄直徑尺寸。
Lyndex-Nikken公司的PrebenHansen指出，銑夾頭可以提供很大的機(jī)械夾持扭矩，“當(dāng)人們對(duì)夾持扭矩有較高要求時(shí)，首先應(yīng)該考慮采用銑夾頭。”在實(shí)際應(yīng)用中，該公司UltraLock銑夾頭提供的夾持扭矩至少是液壓式夾頭和熱裝式夾頭的5倍，隨著夾頭尺寸的增大，其夾持扭矩也將成倍增大。
盡管該公司也提供熱裝式夾頭，但Hansen提醒用戶注意熱裝孔尺寸精度的差異，不同供應(yīng)商提供的夾頭可能精度各不相同。良好的熱裝孔尺寸精度對(duì)于在整個(gè)夾持直徑范圍內(nèi)獲得違禁詞夾持力至關(guān)重要。
但是，熱裝式夾頭的夾持力通常要大于足以完成一次加工的水平。Techniks公司的JohnStagge表示，任何刀具夾頭可以提供的夾持力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于完成一次加工所必需的夾持力，“在切削加工行業(yè)，刀具滑移并不一定是一個(gè)大問(wèn)題；關(guān)鍵是要采用合適的夾頭來(lái)夾持刀具。歸根結(jié)底，對(duì)于切削來(lái)說(shuō)，真正重要的是夾頭的剛性和精度。”
Stagge強(qiáng)調(diào)，刀具夾頭的性能不能在一種“不真實(shí)”的實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)試評(píng)估。當(dāng)?shù)毒邐A頭安裝到真實(shí)的主軸上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的撓曲變形(取決于采用的切削速度和進(jìn)給量)。變形小則表明刀具夾頭的剛性好。
Stagge認(rèn)為，熱裝式夾頭可以提供最佳總體性能。該公司的扭矩測(cè)試顯示了熱裝夾頭在夾持直徑19mm刀具時(shí)出色的夾持能力。在切削中，夾頭良好的剛性確實(shí)有助于提高刀具壽命和加工質(zhì)量。在較高的進(jìn)給量和切削速度下，與銑夾頭相比，熱裝夾頭可使刀具壽命延長(zhǎng)6－8倍。
