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        金属加工企业为了在加工过程中提高效率,更有效地利用能源,节省能源,降低成本。他们努力地采用了高速切削,增大单位时间切除率,用最小油量润滑切削,甚至干式切削等。当然必须同时达到高的加工精度,加工可靠性。为此不应仅考虑机床与刀具的选择问题,也应该考虑优化作为联结环节的夹紧系统。

  机械加工实质是刀具和工件在作相对运动中,刀具切削工件达到符合质量要求的零件的方法和过程。要切削就要耗费动力,产生切削力、热等。因此,为始终保持刀具和工件正确的相对位置作正确的相对运动,工件应被夹具正确地定位夹紧,刀具应被刀柄正确地定位夹紧。机床上就应有这两个夹紧系统。工件形状各种各样,夹具设计就必须复杂多样,就形成一个专业的夹具设计制造部门,过去高校还开专门的夹具设计课程。刀具柄部多为圆柱形、圆锥形,方形等相对比较简单,刀柄设计,过去不及夹具设计那么突出。可是近来不一样了,随着加工质量和加工效率要求不断提高,现代先进机床的不断涌现,刀具的速度和负荷越来越高、智能化、多轴和复合加工中心,自动换刀系统等普遍运用,对刀柄不断提出了各种各样新的要求;如;(1)要求刀柄带动刀具的回转速度,回转精度不断提高,回转精度即夹持刀具的振摆(跳动)量要求越来越小,甚至小于等3μ。刀具安装重复精度也要求高,以保证总体高且稳定的加工质量。



图1 WTE 的热装刀柄和VOLUME 型热装刀柄

  (2)刀柄刚性,平衡性也随回转速度,精度不断提高,要求越来越高,必须防止振动,一旦发生振动,应能很快衰减,即阻尼性能也要好。(3)随着难加工材料不断出现,如耐热合金,钛合金,复合材料等,刀柄应能承受更高的切削载荷和扭矩,故要求刀柄对刀具的夹持力增大,自身的强度增大,以胜任高效大负载,高扭矩的工作,高效加工时,切削用量大,切削温度高,要求刀柄材料的热稳定性也要好。(4)在以上严酷的切削条件下,需要它具有良好的冷却系统和冷却能力,冷却液直接能从刀柄的前端以最佳的状态喷出,以及时降低切削温度,保证它在较良好的条件下,长期持续地工作。(5)五轴加工中心,复合加工中心要求刀柄活动范围大且灵活,刀柄带动刀具能作多种动作,加工轨迹更加复杂。使过去的很多工序能在一个工位上完成,此时需将刀柄做得细长,以避免干涉,顺利进入加工区域,完成加工。(6)安装调节使用,应该方便安全,易达到定位夹紧安装质量。为达到以上要求刀柄夹持方法和结构必须创新发展。相对刀柄,在先进加工中心上,夹具夹持工件则常是不动或运动较慢,因此刀柄和刀具的夹紧系统在现代变得格外突出了。



图2 抗振型热装刀柄



图3 WTE 的各种液压刀柄

  加工中心上刀柄主要夹持使用钻头,立铣刀,铰刀,锪钻等。这几部分关系特别密切。德国的三家公司BMW 即BECK( 生产铰刀, 锪钻等)MILLER( 生产钻头, 立铣刀等) 和WTE(生产各种刀柄)为适应加工中新的趋势和特点,组成了TTP(工具- 行业- 伙伴)共同体。并加入了MAPAL切削工具技术贸易集团,他们对相关的设计生产技术贸易共同协商,通力地进行合作。有力地促进了共同事业的发展。其中WTE 公司主要研究开发夹紧技术和各种刀柄,在开发创新上,取得了许多巨大的成就。本文将主要介绍他的先进产品。

  最初,侧固式弹性筒夹式刀柄用得较多。 液压刀柄和热装刀柄则在当前先进机械加工企业中用得最广,后二者都具有无可争辩的优点,但也有若干明显的不足。热装刀柄可产生很大的摩擦力,保证传递大的扭矩,振摆精度高,径向刚度高,可以做得很细长,不易与外界干涉,能灵活动作,加工范围广,但抗振阻尼性能差,刀具交换要花费很多时间,需要昂贵的加热安装设备,且操作中有火灾隐患,有有害气体。当切削温度过高时,夹持力就会下降。液压刀柄尽管在价格上有优势,但也只适在较低温度条件下使用,不能超过一定的温度范围(80º)。液压刀柄的优点是易操作,重复安装精度高,阻尼效果良好。

  热装刀柄方法是将刀柄加热使孔胀大即装入刀具,冷却后孔收缩而夹紧刀具。WTE 热装刀柄除具一般热装刀柄优点外,其特点①尚具有附加调节平衡的螺丝,平衡性好,可达G2.5×25000rpm, ② 采用DIN12343标准的耐热工具钢,适应所有加热设备。③带有长度调节螺钉,螺钉中间有孔,可通冷却液。也可由侧面供应冷却液。④特别需要抗振性能力强时,WTE 公司专门设计的Volume Chuck型(图2),结构粗壮抗振,也使它的阻尼性能大幅度提高。与同行的竞争中得以胜出。

  液压刀柄是利用油压使装刀具柄部的内套发生弹性变形,而夹紧刀具。WTE 的液压刀柄质量高, 可夹持硬质合金的HA,HE,HB 型的圆柱柄,DIN1835A,B 标准的高速钢圆柱柄。用内套和变径套可夹紧多种刀具柄部,内套和变径套上开了槽,可使夹紧更安全,例如;夹持直径20 毫米刀具,无槽可传动扭矩为80-90Nm, 而有槽的可传递扭矩达260-320Nm。其可调型液压刀柄,径向调节范围为10 毫米,可用手动扳手调节。专门设计的超短型液压刀柄伸出部仅24.5 毫米,夹紧后可才传递扭矩达330Nm,夹持长度也可调。并开发了能用于圆锥部分和端面两面定位的BBT 刀柄,使安装的刚性大幅度提高。为了改善角度误差和振摆误差,刀柄上还有精确的调整附件,这很有利于在使用特殊高效刀具和伸出较长等情况时,提高加工形状和位置精度,同时提高刀具寿命。其中μ 级精度的调整机构,更能补偿径向、角向、多方向的振摆,使加工质量进一步提高。WTE 又开发了杰出的Comp-R 型产品,它的特点是可以补偿加压螺杆的误差,调节范围0.000-0.010。且有自锁功能,保证加工中的安全。图3 刀柄中上部是楔形自锁块。



图4 WTE 的 Comp-R 型自锁液压刀柄


图5 各种高效HPH 刀柄

  得益于制造方法的改进,WTE公司利用最新开发的3 维打印技术(3DPrinting) 或称增材制造(Additive Manufacturing,AM), 即利用离散堆积原理,采用激光熔敷烧结方法,由刀柄三维数据驱动直接制造刀柄,也就是把三维的复杂结构先简化为许多二维简单的形状,即先进行横截面的制造,从而累积形成几何形状结构可以非常复杂的任何构件。因采用了耐高温的熔敷烧结材料,设计了特殊的液压油腔,原来液压内壁的内胀套是钎焊在刀柄体上,打印的方法可以一次做出来,避免了钎焊焊缝形成的薄弱环节,就有条件增大油压,增加夹持力和传递扭矩。另一方面,高负荷切削时,工作温度提高,液压油的膨胀系数远大于钢,无疑会增大液压,加大夹持力,但钎焊部分这个薄弱环节会限制使用温度。目前WTE 公司用新法制造的刀柄,消除了这个薄弱环节,既能达到高的夹持力,还能在高达170º 的温度的严酷条件下工作,从而开发出能集多种优点在一身的HPH(High Performance Holder)高效刀柄。这种刀柄综合了液压刀柄的阻尼性能良好,操作简单的优点又具备热装刀柄能传递大的转矩,振摆精度高(<3μm)的优点, 还能使用MQL 微量润滑。HPH 刀柄还是一个多面手,在加工过程中通用性好,应用范围广,如可高效高速用于重载粗加工,铣削,螺纹铣削,钻削,铰削,对淬硬材料加工,余摆线铣削,干式加工等。还具有节能,保护资源。从而可从多方面增加用户在机械加工中的效益。图5 中可见左侧的几种外形同液压刀柄,右侧的外形竟可以同细长形的热装刀柄一致(锥度为3º)。



图6 HPH 高效刀柄

        图6 是HPH 高效刀柄与一般液压刀柄和热装刀柄的比较,可知它可传递的扭矩是一般液压刀柄的2 倍,故也曾称它为高扭矩刀柄(HTC)其抗弯刚是一般热装刀柄的1.4 倍。
  
  WTE 也生产广用在普通机床上使用的钻夹头,与一般产品相比较,他们的精密钻夹头有三个特点,①夹钳用小锥齿轮和蜗轮蜗杆传动,②在抵抗大轴向力采用特殊的轴承,提高了刚性和稳定性。③在冷却系统方面,还支持带内冷却孔钻头加工。一般钻夹头振摆精度小于50μ,转速为5000 到7000rpm。WTE 的精密钻夹头振摆精度小于20μ最高转速达35000rpm. 平衡质量达G6.3×35000


图7 HPH 刀柄的优点

  WTE 还有一种微型(MICRO)夹头, 它的最小可夹持直径为0.2mm转速达60000rpm. 实验转速可达12000rpm. 整个夹头精密的地被平衡。


图8 MICRO 微型夹头

  中间还有油孔,径向可调。是世界上最小的夹头,在医药,电子,钟表业,解决许多加工中问题,而受到广泛欢迎。
 


总经理

  

        玛帕成功融合了液压膨胀技术和热缩刀柄的3°锥度,开发出了窄轮廓大扭矩刀柄(HTC)。这主要归功于玛帕采用的3D 打印生产工艺,具体形式为SLM(选择性激光烧结成型)。

  在细长型HTC 刀柄生产过程中, 用SLM 方式生产功能区域, 取代了传统的生产工艺。应用了3D 打印技术,夹紧区域可以很靠近刀柄顶端,这是传统生产工艺无法做到的。这使得径向跳动更好,在定位孔处小于3 微米,在2.5 × D 的位置小于5 微米,具有很好的表面精度,同时拥有很好的减震性能。系统性的减震效果减少了切刃上的微观裂纹,从而保证了更长的刀具寿命,以及减小了对机床主轴的冲击力。更进一步的,3D 打印生产技术解决了需要焊接这个一直存在的限制因素。

  技术亮点

  ◎ 3D 打印生产,无需焊接

  ◎应用于轮廓要求较高的区域

  ◎直接夹紧小直径,无需变径套

  ◎可夹紧直径为3mm、4mm 和5mm

  ◎耐热性高达170° C

  ◎出色的同心度,小于3 微米

  ◎动平衡25,000 min-1 下,G2.5

  ◎无需昂贵的热缩仪

  ◎动态动平衡的最新型HSK

  窄轮廓HTC 刀柄拥有玛帕HTC(大扭矩刀柄)技术所有已被验证的优势,字母“T”不仅代表大扭矩传递,也代表高温稳定性。可高达170℃的工作温度范围更进一步增强了加工的稳定性。动平衡等级为在25000 r/min下,G2.5.



 

  作为标准在库品,我们提供HSKA63和 SK-40 这两种规格的标准细长型刀柄, 可以夹持直径为3mm、4mm、5mm、6mm,8mm,10 和12mm 的刀具,其他直径可通过变径套来转换实现。

  另外,其中的HSK 采用新型动态动平衡结构。优化后的HSK 可以消除由锁紧槽深度不同而引起的不平衡,这也是HSK 连接的最新发展。

  这款新型刀柄无论是在模具制造业,还是汽车、航空领域,都有显著的优势。该液压刀柄也可能用于微型产品加工,如医疗技术领域,以及手表和珠宝行业。

  因为细长型大扭矩刀柄适用于加工那些轮廓要求较高的区域。这款刀柄可以快速便捷的夹紧刀具,这意味着省掉了培训、调刀的花费,而且不需要昂贵的辅助设备。


  

        高速是一个相对的概念,并且随着时代的进步而不断变化。一般认为高速切削的速度是普通切削的价格的5-10 倍。研究表明,随着切削速度的提高,切削力会减小15%-30% 以上,切削热量大多被切削屑带走,加工表面质量可以提高1-2 级,由于生产效率的提高,可降低制造成本20%-40% 左右,高速切削不仅仅是得到较高的表面质量,同时对于提高切削效率,降低成本也是非常有益的。所以高速切削将是机械加工不可逆转的趋势。同时高速加工也是工业4.0 的组成部分。

  高速加工典型的刀柄结构及其特性。

  一般切削最常用的是BT 刀柄,而高速切削用得比较多的是HSK 刀柄。

  BT 刀柄的锥度为7:24, 转速在10000r/min 左右时, 刀柄- 主轴系统还不会出现明显的变形,但当主轴从20000r/min 升高到40000r/min 时,由于离心力的作用,主轴增加到15μm左右。刀柄与主轴锥孔之间出现明显的间隙,严重影响刀具的切削特性,因此BT 刀柄一般不能用于高速切削。

  那么在高速切削加工中刀柄技术有哪些优化。

  HSK 刀柄的使用

  HSK 刀柄的结构形式与常用的BT刀柄不同,它是一种新型的高速锥型刀柄,采用锥面与端面双重定位的方式, 在足够大的拉紧力作用下,使1 :10 空心锥柄和主轴1 :10 锥孔之间在整个锥面和支承平面上产生摩擦,提供封闭结构的径向定位。平面夹紧定位防止刀柄的窜动,其径向跳动不超过5μm,轴向重复定位精度高达1μm。HSK 短锥柄部长度短,重量轻,因此换刀时间短,有利于高速ATC 及机床小型化。在整个速度范围内,HSK 锥柄比BT 锥柄具有更大的动、静径向刚度和良好的切削性能。HSK 锥柄有A、B、C、D、E、F 六种形式。国内采用DIN6989B-1 中的A 型和C 型标准,如HSK50A、HSK63A、HSK100A等。HSK50 和HSK63 刀柄的主轴转速可达35000r/min,HSK100 刀柄可达22000r/min,精密平衡后的HSK 刀柄可达40000r/min。

  同时为了更好的适应现代高速加工的需要,HSK-E 和HSK-F 应运而生,最高转速可达到50000r/min。

  KINTEK 提供全系的HSK(A C E F)高速刀柄。

       CAPTO 刀柄使用

       CAPTO 刀柄很特殊,其刀柄为三棱体锥,而不是常见的圆锥型,锥度为1 :20 由于三棱锥的表面比较大,所以刀具的表面压力低、不易变形、精度保持性比较好。另外由于该结构不需要传动键就可以实现正反两个方向的转矩传递,消除了由于键和键槽引起的动平衡问题。缺点是成本高,与其他刀柄不兼容。



CAPTO 刀柄

       高速刀柄的动平衡技术说到高速刀柄,不得不提的是动平衡。由于刀体力存在缺陷,或者设计不对称,都有可能引起刀具系统的不平衡。高速旋转的刀柄如果不平衡量太大不仅会引起主轴及其部件的额外振动,还会引起刀具的不规则磨损,缩短刀具寿命,降低零件的加工质量。一般在6000r/min 以上就必须平衡,以保证安全。

  对于不同的机床的动平衡要求是:普通机床的旋转件G6.3 ;普通刀柄和机床传动件G2.5 ;磨床及精密机械旋转件G1.0 ;精密磨床主轴及其部分高速电主轴G0.4。25000r/min 以上的高速切削刀具和刀柄系统的动平衡等级必须 G2.5。

  高速切削刀具系统的动平衡措施有:装平衡环、内装懂平衡机构,增加或去除材料。

  就目前高速刀柄技术的发展趋势来看,可以预见今后刀柄带平衡装置和减震装置,多功能智能型刀柄、整个刀具系统的全自动化在线平衡系统等方面将有较大的发展空间。

  KINTEK 可以把国外的先进技术,立足于我国的刀具、材料、机床性能、技术条件等,加强切削的关键技术的和工艺实验研究,为我国制造行业提供技术支持。

  工业4.0 的刀柄技术

  随着我国产业升级的加速推进,摆脱低附加值的单纯代加工将是大势所趋。KINTEK 在这些复合机床上的刀柄研究永不停步。

  硬件方面

  KINTEK 开发出了各种用于复合机床的相关刀柄, 包括HSK 系列,CAPTO 系列,VDI 系列,更为重要的是,我们开发出了各种转接装置,让客户最大限度的利用已有的工具系统,这样可以提高效率,降低成本。
 
  软件方面

  我们和一些软件厂商合作,开发可以装置芯片的工具系统,可以实现机床,刀柄刀具,对刀仪,机器人等生产系统的数据传输。

  随着中国工业4.0 的深入推进,使得高速机床和复合机床应用更为广泛,这一趋势正好和KINTEK 的产品定位相符合,我们期待在这一进程中扮演更重要的角色,为实现中国梦贡献出KINTEK 的力量。

技术科主任

  

       通广传媒:高速切削加工技术环境下,刀柄对加工的影响体现在哪些方面?

  习森尧:高速切削加工的环境的确对刀柄也提出了很高的要求,特别是在刀柄与主轴的连接部分,刀柄自身的动平衡及刀柄跳动精度等方面。在刀柄与主轴的连接部分,以普通的BT 主轴为例,由于只有锥面接触,与两面定位的BIG-PLUS 主轴系统相比,其在连接刚性、ATC 重复定位精度、Z 方向的尺寸稳定性等方面均不如后者。

  从动平衡的角度来说,在普通转速下加工时,动平衡对加工影响比较小,几乎可以忽略不计,但达到一定程度的高速加工时,由动平衡引起的离心力会造成切削振动、噪声、以及对主轴产生一定的负荷,振动会在加工系统中间传递,最终影响加工工件的表面质量和尺寸公差。 在对应高速加工的方面,熟悉BIG 产品的用户都清楚, BIG 的美夹刀柄系列,从设计到制造的各个环节都全面追求动平衡性,譬如BIG 世界首创的无扳手槽的螺母,不仅提高了刀柄的平衡性,还增加了螺母自身的强度,同时,减少了高速旋转时与空气摩擦的噪音,防止冷却液飞溅等等优点,被业界争相模仿。
  
  从跳动精度角度来看,跳动精度的优劣除了影响加工零件的表面粗糙度、尺寸精度外,也对加工效率、刃具的寿命有影响。市场上4 倍直径位置的跳动精度从数十μ~3μ 不等,貌似差别并不大,但这些是指静态的跳动精度,与高速旋转状态下实际的跳动精度是完全不同的。高速加工时,建议尽可能选择跳动精度好的刀柄。

  通广传媒:为了适应高速切削加工对刀具系统的要求,刀柄技术有什么样的优化与提升呢?

  习森尧:首先是主轴接口系统在90 年代有了较大的进步,具有代表性的事件有1991 年德国工业协会的HSK锥柄提案,1992 年日本大昭和精机申请了BIG-PLUS 两面定位主轴系统专利。这代表着主轴系统进入了可对应高速加工的两面定位主轴系统时代。

  其次,就刀柄方面来说,除了前面提到的类似BIG 美夹刀柄系列外,最近大昭和在行业内首家推出了端面给水型液压刀柄,由于液压刀柄内部有油腔,在内部设计和制作油路的工艺十分复杂,难度很大,这款刀柄的推出可以说使得液压刀柄在铣削加工方面真正的实现了高速加工。

  另外,譬如气动刀柄,不需要机床旋转,依靠压缩空气其转速可以达到近10 万转上下的加工速度,可以实现即使高速机床也很难达到的加工效果,在光电/ 电子模具等行业应用比较广泛。

  通广传媒:刀柄技术在产品生产过程中的应用情况如何?

  习森尧:随着机械加工的高速化,在实际应用中不同的加工需求,对刀具的要求也各不相同。在镗孔加工中,以精镗头为例,目前市面上的多数厂家的精镗头没有内置平衡机构,然而精镗加工的精度要求往往比较高,在高转速下镗头的动平衡性能对镗孔的精度影响是比较明显的。 譬如就BIG 精镗头的动平衡性能来说,主要有EWN精镗头内置了预平衡机构,EWB 精镗头内置了动态平衡机构,EWB-UP 超精密镗头可手动调节动平衡等三种。通常普通转速加工时,内置了预平衡机构的EWN 镗头在大多数场合下可以满足加工要求。但当转速达到10000转甚至更高转速时,对动平衡提出了更高的要求,普通的镗头由于平衡性的影响通常无法满足精镗加工要求,此时推荐使用内置动态平衡机构的EWB 镗头。另外,如果在高转速下,同时圆度、尺寸等精度要求也非常高的情况下,就要考虑可手动调节动平衡的EWB-UP 精镗头。

  

        将机床主轴与刀具相连接的刀柄是影响加工精度,机床和刀具寿命及加工效率的关键部件,而高速加工的主轴转速一般为15000rpm~40000rpm,最高可达100000rpm。这对刀柄的结构,刚性,精度,夹持力,动平衡等都提出了更高的要求。

  对于加工而言,刀具振动直接影响着加工所获得的表面质量,在旋转加工过程中,我们如终追求着切削力能够均匀的分布在刀具刃口上,而要达到这一目标,显然刀柄至关重要。

  1、刀柄的同轴度好( 精度<0.01mm), 即使在高转速的前提下,还能够使刀具与主轴在同一轴心上旋转,保证了切削力的均匀分布。

  2、要保证刀柄有足够的刚性,我们需尽量选择悬伸量短的刀柄。

  3、夹持力是考验刀柄性能的重要因素之一,在加工过程中有一个术语叫缩刀,指刀柄夹不紧刀具,加工过程中会影响加工件几何尺寸,甚至引起刀具断裂。

  4、动平衡质量对整个旋转系统的动态性能有着重要的影响,我们认为不平衡相当于有一个偏心物体在旋转,这个偏心物体能够引起离心力,且随着转速的增加呈平方值增大,这意昧着相同的不平衡量在转速为22000rpm 的主轴上引发的离心力是转速为2000rpm 主轴的121 倍,因此高速加工中刀具刀柄装置的不平衡性具有特别明显的不良后果。

  为了适应高速切削加工对刀具系统的要求,也因为筒夹式刀柄良好的阻尼特性能够给加工过程带来好的效果,台湾正河源针对市场上最常见的ER 筒夹式刀柄进行了改进, 改进后的PNER 刀柄能够达到极高的刚性和重复精度,以满足高速加工过程中获得高的表面质量与加工效率。

  1、高精度才能获得切削力的均匀分布,PNER 刀柄拥有与热缩刀柄同样的精度等级(精度< 0.003mm),实践证明刀柄精度每提升0.01mm,刀具的使用寿命能廷长10%。

  2、高刚性除了选择悬伸尽可能短的刀柄外,对于相同长度而言,选择更优质的刀柄材质与增加锻造工艺都能提高刀柄的强度和使用寿命。

  3、高速加工要求小切削量与高速进给量,高进给对于刀柄夹持刀具后的夹紧力提出了更高要求,台湾正河源PNER 刀柄针对夹持力也进行了改进,筒夹低剖沟数增加本身的强度,且与刀柄和螺帽的接触面积更多,螺帽螺纹的特殊涂层处理让其比普通ER 刀柄夹持力提升30% 以上。

  4、在动平衡方面,除刀柄本身的对称设计和无风阻螺帽的标配外,还另做G2.5 精密动平平衡等级,让其转速在36000rpm 时都能轻松应对。其实更适合高速加工的是热胀冷缩刀柄,因其一体式的结构,没有任何附加的连接物,使其在高速旋转中更平衡,但因热胀冷缩刀柄的售价与需另购一台价值不菲的加热设备,让其很多用户望而怯步,而筒夹式刀柄因其广泛的通用性与合理的价格是很多用户选择它的原因,相信将普通ER 刀柄进行改良后的PNER 刀柄在高速切削加工领域能够很快得到客户的认可。

  

        面对现代制造业既要柔性又要高效生产的挑战,面对日益激烈的市场竞争和不断降低制造成本的压力,高速切削加工成为提升制造业竞争力的关键点。高速切削加工不同于传统加工的加工方式。与之相比,高速切削加工主轴转速高,切削进给速度高,切削量小,但单位时间内的材料切除量却增加了3-6 倍。它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在汽车工业、航空航天、模具制造、电子行业和仪器仪表等行业中获得了愈来愈广泛的应用,是当代先进制造技术的重要组成部分。

  高速切削加工技术能有效的缩短生产周期, 降低加工成本,但在实际加工中,有时其加工效果并未达到预期的目标。当然原因很多,但未能正确选用与高速运转的主轴相配合的刀柄是关键因素之一。机床主轴的高速运转如果没有合适的刀柄相配合,不但不能达到预期的性能,还可能会损坏机床主轴的精密轴承,降低机床的寿命。若想保证在高速切削加工中获得满意的加工精度,就得选择相应的刀柄,这一点往往未能引起人们的重视,可是实际上作为连接机床主轴和切削刀具发挥重要作用的刀柄,对所制造的零件是否达到相关标准的要求或变成废次品,对使用的切削刀具是否会快速磨损及是否能长时间使用、对使用的切削刀具是否可达到所期待的高效率、能否延长机床及刀具的有效加工时间等起着决定性的作用。

  影响上述效果的主要因素是刀柄的精度、动平衡、刚性及夹持力。因此,在确定采用高速切削加工时,应能在种类繁多的刀柄系统中,正确选择适合高速切削加工用的刀柄系统。考虑刀柄标准时,同心度及径向跳动应优先考虑,保证同心度的目的是使刀具和主轴正确地绕同一轴线旋转,它与主轴的形式无关。针对不同的主轴标准,HIPPSC 推出了自主研发具有技术专利的BT-GER高速刀柄、BT-GSK 高速刀柄、HSKGER高速刀柄、HSK-GSK 高速刀柄。这两种不同类型的刀柄系统均能很好的满足高速切削加工的要求且已应用于电子、模具及汽配行业,并取得了很好的加工效果。

  高速刀柄在高速切削加工中的应达到哪些要求?

  1、系统精度:系统精度包括系统定位夹持精度和刀具重复定位精度,前者指刀具与刀柄

  刀柄与机床主轴的连接精度;后者指每次换刀后刀具系统精度的一致性。刀具系统具有较高的系统精度,才能保证高速加工条件下刀具系统应有的静态和动态稳定性。GER 高速刀柄GER 刀柄配用3um 级筒夹,跳动精度小于5um ;刀柄夹装范围为整数,即ER20-6N(5 ~ 6),装夹柄径必须为6,不能装夹小数(如5.3),而ER 弹性刀柄可以装夹范围5 ~ 6 内;由于刀柄装夹的筒夹变形量小,所以达到重复装夹精度高,筒夹的使用寿命长等特点。

  2、系统刚度:刀具系统的静、动刚度是影响加工精度及切削性能的重要因素。刀具系统刚度不足会导致刀具系统振动,从而降低加工精度,并加剧刀具的磨损,降低刀具的使用寿命。GER高速刀柄选用特殊材料,经过工艺处理,硬度在58-60°之间,与主轴硬度接近,加强耐磨性,在常规热处理下,还增加了-196°超深冷处理。锥度严格执行AT3 标准,贴合面达90% 以上。

  3、动平衡: 高速切削加工条件下,微小质量的不平衡都会造成巨大的离心力,在加工过程中引起机床的急剧振动。因此,高速刀具系统的动平衡非常重要。BT-GER 刀柄G2.5 最大值可达30000RPM,HSK-GER 刀柄G2.5 最大值更是达到了40000RPM。

  4、夹持力:刀柄对刀具的夹持力的大小和夹持精度的高低,在高速切削中也具有十分重要的位置。如果刀柄对刀具夹持不牢固,轻则降低加工精度,重则导致刀具及工件损坏,甚至引发安全事故。提高刀具系统夹持精度,就必须设法使刀具得到精密可靠定位,确保足够夹持力,就必须严格控制和提高刀具系统配合精度、加大夹持长度、优化结构设计及合理选材。GER 高速刀柄为解决夹持力问题,设计研发了GER全圆螺帽,该螺帽采用特殊材料,经过特殊工艺处理,采用T 型螺牙设计,这种设计前后自适应定位,起到定位导向作用,保护螺纹牙,方便实用且重复装夹精度高;同时夹持力提升50%,避免掉刀。该螺帽不但取得了国家技术专利,还在行业应用中得到了广泛的好评。

  5、表面质量:在同等条件下,切削速度增大到一定的值后,表面粗糙度随着切削速度增大而降低。从而获得杰出的表面质量。

  高速切削加工技术是一项全新的、正在发展之中的先进实用技术,在工业发达国家已得到广泛的应用,取得了巨大的经济和社会效益。在我国高速切削加工技术的开发和应用处于初步阶段,但国内已进口了大批高速加工设备,也开发了多种高速机床和加工中心,还有许多可供应高速切削刀具系统的工具企业。只要充分认识高速切削加工技术的优越性和所带来的经济效益的潜力,完成可迅速把高速切削加工技术的应用推进到一个新水平,优化制造成本,提升企业的产品竞争力!