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數控加工中心如何正確選擇刀柄?

發表時間:2021-08-25 10:36
精密的加工中心機床配合先進的切削刀具可提供出色的金屬切削生產率。而刀柄作為切削刀具和機床主軸之間的關鍵性接口,對于實現高生產率至關重要。那么,該如何選擇、應用和維護最適合生產需求的刀柄呢?

一、工件因素影響刀柄選擇

影響刀柄選擇的因素包括每個作業中工件材料的可加工性以及最終零件的配置,這些因素可確定到達特定輪廓或特征所需的刀柄尺寸。刀柄應盡可能簡單且易于使用,以盡量減少操作員出錯的可能性。

機床的基本構件起著關鍵作用 — 具有線性導軌的快速機床將充分利用專為高速應用而設計的刀柄,而具有箱型槽的機床則為重載加工提供支持。多任務機床可同時完成車削和銑削/鉆削工序。

也可以根據加工策略選擇刀柄。例如,為了在高速切削 (HSC) 工序中或在高性能切削 (HPC) 應用中最大限度地提高生產率,車間會選用不同的刀具,前者涉及較淺的切削深度HHS,后者重點關注在功率充足但速度有限的機床上產生較高的金屬切除率。

較低的可重復徑向跳動有助于確保恒定的刀具嚙合量,從而減少振動并最大限度地延長刀具壽命。平衡至關重要,高質量刀柄應在 G2,5-25000 rpm 質量 (1 g.mm) 下達到精密動平衡。加工車間可以根據實際情況,或咨詢刀具供應商,確定能夠以經濟高效的方式滿足其生產需求的刀柄系統。

二、每種刀柄都都應符合特定的工序要求

無論是簡單的側固式、夾套式、熱縮式、機械式還是液壓式,刀柄都應符合特定的工序要求。

彈簧夾頭和可互換夾套是最常用的圓形刀柄技術。經濟高效的 ER 式提供各種尺寸,并提供足夠的夾持力,以實現可靠的輕銑削和鉆削工序。高精度 ER 夾套式刀柄具有較低的徑向跳動(在刀尖處 < 5μm)和可平衡用于高速工序的對稱設計,而加強型則可用于重載加工。ER 刀柄便于快速轉換,可適應各種刀具直徑。

熱脹刀柄可提供強大的夾緊力,在 3xD 處具有 3 μm 的同心度,且具有極佳的動平衡質量。小巧的刀柄設計可以很好地夠到棘手的零件特征。

強型刀柄可進行中等至重載銑削,但夾持力取決于刀桿和刀柄的內徑公差。熱脹式刀具需要購買特殊加熱裝置,加熱/冷卻過程比簡單地切換夾套需要更多的安裝時間。

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機械銑削夾頭通過多排滾針軸承提供強大的夾持力和高徑向剛性。該設計可實現重載銑削和快速換刀,但跳動量可能大于夾套系統。機械夾頭的尺寸通常大于其他刀柄類型,這可能會限制刀具夠到某些零件特征。


與機械夾頭相比,使用油壓產生夾緊力的液壓夾頭具有更少的內部構件,因此外形相對更纖細。液壓夾頭的徑向跳動較低,在高主軸轉速下可有效地進行擴孔、鉆孔和輕銑削,但對大徑向負載敏感。

三、主軸或錐形端決定了扭矩傳遞能力及刀具對中精度

與刀柄如何固定切削刀具同樣重要的,是如何將刀柄安裝到機床主軸上。傳統 BT、DIN 和 CAT 刀柄錐度適用于較小的機床,但在高速加工方面可能會受到限制。與刀柄錐面和端面雙面接觸的型號可提供更高的剛性和精度,尤其是在大懸伸情況下??煽總鬟f更大的扭矩需要更大的錐度尺寸。例如,HSK-E32 刀柄不能在重載加工中替代 HSK-A125A。

刀柄錐度形式的選擇通常因地區而異。二十世紀九十年代中期,5 軸機床越來越受歡迎,HSK 正是在這期間開始在德國涌現。CAT 刀柄主要用于美國,而在亞洲,BT 刀柄非常受歡迎,并且經常為錐面/端面雙面接觸的型號。

HSK 常用于 5 軸加工。PSC(多邊形夾緊系統:Capto)和 KM 連接主要用于多任務機床,采用 ISO 標準。KM 和 Capto 都是模塊化系統,允許通過組合接長桿或縮徑桿以裝配特定長度的刀具。隨著多任務機床越來越普遍,能夠在一次裝夾中實現車、銑、鉆等加工類型的刀柄越來越受歡迎。

四、總結

加工車間必須重視刀柄在加工系統中的重要性,并了解如何將正確的刀柄與特定機床、加工策略和工件正確匹配來提高生產率和降低成本。

未來的技術改進將不再局限于刀柄本身。使用軟件和 RFID 標簽進行刀具管理是基于數據的制造的一個要素,并且正在變得越來越普遍。刀柄技術的進步包括配備傳感器的刀柄,可實時監控刀柄上的力。所收集的數據允許操作員在加工過程中對加工參數進行調整,甚至可以通過與機器控制單元連接的人工智能 (AI) 自動調整。這些技術和其他新技術將進一步增加刀柄在加工工序中的生產貢獻值。




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