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刀具装夹-各种加工工作中的关键问题 |
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作者：瑞士米克朗公司 |
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为了限定机床和刀架之间正确的使用条件，必须要考虑到切削条件。如果进行高速加工(20,000 r/min转速以上),就会产生相当大的作用力。在这样大的作用力下，就不应允许使用DIN 69871刀架或ISO 7388 标准的非刚性的连接。在这种情况下，我们极力推荐使用刚性连接的刀架。这一技术是由舒柏林在20多年前开发出来的，自此一直在不断的进行改进。只有高质量的装夹，才能提供高速加工的优异性能，而不降低主轴和切削工具的预期使用寿命。
非刚性的连接(DIN 69871, ISO 7388, MAS 403, 等)
对于不平衡刀柄，建议将转速设定在10,000 r/min转速以下，但这不应认为是绝对值，因为主轴和刀架之间的质量关系变化很大。比如质量轻的主轴可以承受小的不平衡力，而质量重的主轴由于有大的质量，可以吸收大一些的不平衡力。而且，主轴的刚度、夹紧机构的抗拉伸强度、刀柄的悬伸和它们的质量，是影响最大旋转速度的其它因素。因此主轴的设计师确定了刀柄的工作条件、最大长度、剩余不平衡力的大小和各型主轴的限定转速。当使用刚性连接的刀柄，而满足优化运行条件时，我们就可以得到20,000 r/min以上的转速，只要系统具备一定的刚性就行。
刚性连接(HSK DIN 69893, SCHAUBLIN, BT,等)
这里同样必须遵守同一基本原则：容许的剩余不平衡力和最大尺寸不应超过规定的数值，这主要是因为，HSK刀柄的旋转速度可能达到约60,000 rpm，而带SCHAUBLIN 11.5/5刀柄的旋转速度可达到约100,000 rpm。就HSK的使用来说，有两种安装选择：HSK-E和HSK-A以及其它很多型号的标准是一样的，但结构不同。其主要区别是：对于HSK-E和夹架HSK-F,扭矩只能通过刀架和主轴之间的摩擦来传送。HSK-A (和HSK-C用于手动调节)通过夹紧装置传送扭矩；同时这些夹紧装置用于将刀具定位在某一方向。开始HSK-A刀架及其很多配件不是专为旋转轴设计的。其夹紧装置可传送高扭矩，因此HSK-A应与大功率主轴一起配合使用。刀柄的非对称设计必须通过平衡来进行校正，以便达到HSK-E型刀柄通用的旋转速度。
刀夹装置
当主轴和刀架之间的正确应用选择确定以后，剩下的就是刀具夹装的问题了，特别是在安装圆刀柄的铣刀时，更是这样。有多种选择方案，其中各有千秋。曲线图（图1）显示了各种夹刀方法的特定应用范围 。
刀柄上的径向锁紧螺钉(Weldon, Whistle Notch) (图 2)，通过其外形产生连接力，可以传送很高的扭矩。但是这种径向锁紧会引起刀具的扭曲，这样就造成刀具的径向跳动量增加。Weldon装置主要用于使用大刀径和具有传统机床旋转速度的粗加工。 舒柏林生产的Weldon刀柄克将刀具在夹紧位置的径向跳动减到最小，这样就可使标准的刀架的切削效果大大改善。借助辅助平衡装置，可以得到更高的转速。由于夹紧面的加工误差，就会引起平衡力的变化。为此，Weldon刀夹的平衡精度要低一些，因为刀具的影响要远比刀架的剩余不平衡力大。 
图 2 图 3
弹簧套刀柄
弹簧套夹紧到夹头用的是通用刀具(图 3)。 ESX系列夹头符合DIN 6499-B标准,所以可以固定这一范围以内的任意直径的刀具。当对同心度要求较高，需要增加稳定性时，就可使用EX型夹头（UP精度）。径向夹紧可以完全补偿传送的最低扭矩。刀柄的结构小巧，可避免主轴轴承不必要的质量不平衡现象发生，还可避免轴承附加力的产生。弹簧套是理想的通用刀夹：在刀具更换时以及各种材料的刀具，都可以方便地固定住刀柄，进行粗加工和精加工。 弹簧套也可提高转速。为此，应选用优质的夹件：刀柄、弹簧套和锁紧螺母必须是一个完整的整体。对于高速加工， 舒柏林开发了D型夹头（UP精度）(图3)。夹头具有的低夹角和夹件轴向支撑作用，可以确保夹紧扭矩不降低，夹件有很好的刚性。切削方向改变时，如果作用力改变，则相当的力就会作用到刀具的接触点上。这些由切削选择引起的附加力，被D型夹头出色的吸收特性降低了。在改变转动方向或作压力变化时，这些峰值力会作用在刀具的接触点上。
热膨胀连接装配刀架
在刀具更换不频繁的加工中，用热膨胀连接是正确的选择。这一技术不仅能够保证刀具出色的同心度(0.003 mm以下),而且还能传送极高的转矩。夹紧精度和刚度都非常高。
因为刀具自身的力量不会将其松开，所以热膨胀连接装配是极可靠的安装方法。只有将心轴加热到至少200°C(根据轴径和公差而定)，刀柄上的装刀孔才会有效地扩张，将圆形刀柄释放。只有热膨胀装配的机床才能如此更换刀架。刀架用热空气加热，或感应加热，将刀柄上的装刀孔扩张。 直径在4mm以下的刀柄，不太适合于收缩装配方法。这种情况下，因为微小的尺度扩张会就对其产生固有的限制。整体硬质合金刀具用收缩法装配是合理的。硬质合金的膨胀率比刀架的要低，因此，拆卸毫不费力。
高速工具钢制作的刀具有安装面，制作的容差较大。 这可能会引起抖动，反过来这又会影响径向跳动和刀具的预期寿命。经常的做法是，选择不同材料的刀具，就有可能增加刀具的预期寿命，以便得到收缩装配技术的益处。
当进行刀具需要经常更换，或刀径需要经常变化的小系列加工时，不建议使用收缩装配技术。
总结
在CNC加工中心的工具室中，我们发现了各种夹紧装置。我们于是就集中研究那些常用的安装方法。对于特殊情况，我们会考虑其它装置的。舒柏林提供了各种各样的夹紧装置。弹簧套是刀具制造商和模具制造商常用的装置。弹簧套最大的优点就是简单和通用。(end)
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(12/20/2004) |
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