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高效銑削時無抖動的刀夾的選擇技巧
發布時間:2016-03-07
  低水平的粗加工時代已經被如今高速、高質的社會發展所淘汰。當今要想在較短的時間里切除掉大量的切屑,就需要采用一流的切削刀具和高性能的刀夾系統。
  
  對于較大的材料切除量,需要采用較高的進給量和較大的吃刀量,以便在很短的時間里,盡可能地切除較多的工件材料,達到最高的生產率。
  
  在高效銑削時,由主軸箱、主軸、刀夾、刀具和工件構成的整個系統承受著特別大的負載。由專門與加工工藝相適應的,諸如硬質合金、鈦基硬質合金(Cermet)或立方氮化硼等刀具材料制成的刀具,能特別好地經受得住極大的交變載荷。為了減少斷裂的危險,個別的也可采用纖維強化的陶瓷刀具。
  
  刀夾也承受著極大的負載,在端面銑削加工時,會產生能使刀具—刀夾系統發生偏斜的極大徑向力。而刀具偏斜的狀態與刀夾的結構、刀具—刀夾系統的懸伸長度和切削用量有關。此外,部分會產生很大的軸向推力(與切削刀刃的螺旋角有關),在最不利的情況下,這個力會使刀具從刀夾中拔出。
  
  選擇適合于進行粗加工的刀夾,需主要考慮4個關鍵性因素:1.回轉精度:如果所夾緊的刀具與刀夾的軸線不同心,在加工時刀具就會產生沖擊。這將導致刀刃產生微觀破裂,并加速刀具磨損。此外,回轉精度嚴重影響到能否保持工件加工的尺寸和公差。綜合考慮這些后果,因此,在材料切除量大的切削中,也常常要采用回轉精度小于0.003mm(在距離刀夾端部2.5倍刀具直徑的部位測量)的精密刀夾。
  
  2.夾緊力:夾緊力是關系到刀夾和刀具之間的接口能否產生扭矩的關鍵。如果有足夠的夾緊力,刀具就能連續地切削工件材料。如果夾緊力太小,刀具就會在刀夾中發生旋轉,致使切削不穩定。在極端的情況下,刀具甚至完全會從刀夾中脫落下來。為了避免這些現象的發生,過去的大多數是采用了成型連接的刀夾系統,用于材料切除量大的切削加工。但是,這種刀夾系統在回轉精度方面往往不夠高。目前,由于技術的進步,應力鎖緊連接的刀夾也可以確保較高的夾緊力,采用這種刀夾,可以平穩地進行材料切除率大的粗加工。
  
  3.徑向剛性:能承受多大的切削力,這與刀夾的徑向剛性有關。刀夾材料的特征(彈性模量)、刀夾的幾何特征(尺寸大小、形狀和壁厚),以及刀夾與整個機床系統的連接狀況是影響徑向剛性的主要因素。刀夾結構尺寸越短、直徑越大、刀具和刀夾組成的系統部件越緊密成一體、刀夾的夾持孔的壁越厚、在機床主軸上刀夾的支撐越牢固,就越能提高刀夾的徑向剛性。
  
  4.減震性能:在銑削加工時,不可避免產生振動。這種現象的出現是由加工過程中切削厚度的不均勻、單個刀齒在切削過程中斷續的切削有關,也與刀具—刀夾系統的不平衡有關。刀夾可以類似于減震器來吸收振動,就有利于進行平穩和均勻的切削加工。這樣就可以減小噪音,提高工件表面的加工質量,延長刀具的使用壽命和提高機床主軸的運轉平穩。
  
  如果對在市場上流行的刀夾技術就其4個性能特征進行比較,表明這些刀夾存在著明顯的差別。Weldon刀夾在回轉精度方面顯然較低,并容易產生抖動。傳統的彈簧夾頭回轉精度和夾緊的重復精度以及夾緊力方面都較低。熱脹冷縮式夾頭具有較高的回轉精度、較大的夾緊力和較高的徑向剛性。但是,由于是整塊類型的夾緊裝置,在進行粗加工時對產生的振動幾乎難于實現阻尼。因此,很長一段時間為這種粗加工專門設計的精密夾頭是一種基于三棱應力鎖緊技術的精密夾頭,是作為粗加工用的首選夾頭。這種夾頭的格子形腔式結構確保了其特別高的剛性。此外,由銅合金鑄造的嵌件有著突出的減震作用,這種減震性能大約要比熱脹冷縮式夾頭高4倍。
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