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高效铣削时无抖动的刀夹的选择技巧
发布时间:2016-03-07
  低水平的粗加工时代已经被如今高速、高质的社会发展所淘汰。当今要想在较短的时间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夹系统。
  
  对于较大的材料切除量,需要采用较高的进给量和较大的吃刀量,以便在很短的时间里,尽可能地切除较多的工件材料,达到最高的生产率。
  
  在高效铣削时,由主轴箱、主轴、刀夹、刀具和工件构成的整个系统承受着特别大的负载。由专门与加工工艺相适应的,诸如硬质合金、钛基硬质合金(Cermet)或立方氮化硼等刀具材料制成的刀具,能特别好地经受得住极大的交变载荷。为了减少断裂的危险,个别的也可采用纤维强化的陶瓷刀具。
  
  刀夹也承受着极大的负载,在端面铣削加工时,会产生能使刀具—刀夹系统发生偏斜的极大径向力。而刀具偏斜的状态与刀夹的结构、刀具—刀夹系统的悬伸长度和切削用量有关。此外,部分会产生很大的轴向推力(与切削刀刃的螺旋角有关),在最不利的情况下,这个力会使刀具从刀夹中拔出。
  
  选择适合于进行粗加工的刀夹,需主要考虑4个关键性因素:1.回转精度:如果所夹紧的刀具与刀夹的轴线不同心,在加工时刀具就会产生冲击。这将导致刀刃产生微观破裂,并加速刀具磨损。此外,回转精度严重影响到能否保持工件加工的尺寸和公差。综合考虑这些后果,因此,在材料切除量大的切削中,也常常要采用回转精度小于0.003mm(在距离刀夹端部2.5倍刀具直径的部位测量)的精密刀夹。
  
  2.夹紧力:夹紧力是关系到刀夹和刀具之间的接口能否产生扭矩的关键。如果有足够的夹紧力,刀具就能连续地切削工件材料。如果夹紧力太小,刀具就会在刀夹中发生旋转,致使切削不稳定。在极端的情况下,刀具甚至完全会从刀夹中脱落下来。为了避免这些现象的发生,过去的大多数是采用了成型连接的刀夹系统,用于材料切除量大的切削加工。但是,这种刀夹系统在回转精度方面往往不够高。目前,由于技术的进步,应力锁紧连接的刀夹也可以确保较高的夹紧力,采用这种刀夹,可以平稳地进行材料切除率大的粗加工。
  
  3.径向刚性:能承受多大的切削力,这与刀夹的径向刚性有关。刀夹材料的特征(弹性模量)、刀夹的几何特征(尺寸大小、形状和壁厚),以及刀夹与整个机床系统的连接状况是影响径向刚性的主要因素。刀夹结构尺寸越短、直径越大、刀具和刀夹组成的系统部件越紧密成一体、刀夹的夹持孔的壁越厚、在机床主轴上刀夹的支撑越牢固,就越能提高刀夹的径向刚性。
  
  4.减震性能:在铣削加工时,不可避免产生振动。这种现象的出现是由加工过程中切削厚度的不均匀、单个刀齿在切削过程中断续的切削有关,也与刀具—刀夹系统的不平衡有关。刀夹可以类似于减震器来吸收振动,就有利于进行平稳和均匀的切削加工。这样就可以减小噪音,提高工件表面的加工质量,延长刀具的使用寿命和提高机床主轴的运转平稳。
  
  如果对在市场上流行的刀夹技术就其4个性能特征进行比较,表明这些刀夹存在着明显的差别。Weldon刀夹在回转精度方面显然较低,并容易产生抖动。传统的弹簧夹头回转精度和夹紧的重复精度以及夹紧力方面都较低。热胀冷缩式夹头具有较高的回转精度、较大的夹紧力和较高的径向刚性。但是,由于是整块类型的夹紧装置,在进行粗加工时对产生的振动几乎难于实现阻尼。因此,很长一段时间为这种粗加工专门设计的精密夹头是一种基于三棱应力锁紧技术的精密夹头,是作为粗加工用的首选夹头。这种夹头的格子形腔式结构确保了其特别高的刚性。此外,由铜合金铸造的嵌件有着突出的减震作用,这种减震性能大约要比热胀冷缩式夹头高4倍。
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