發(fā)布時(shí)間:2010-07-28
工具系統(tǒng)的選擇是數(shù)控機(jī)床配置中的重要內(nèi)容之一,因?yàn)楣ぞ呦到y(tǒng)不僅影響數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率,而且直接影響零件的加工質(zhì)量。根據(jù)數(shù)控機(jī)床(或加工中心、雕刻機(jī))的性能與數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)優(yōu)化刀具與刀柄系統(tǒng),可以取得事半功倍的效果。
1 數(shù)控機(jī)床常用刀柄的分類(lèi)
與普通加工方法相比,數(shù)控加工對(duì)刀具的剛度、精度、耐用度及動(dòng)平衡性能等方面要求更為嚴(yán)格。刀具的選擇要注重工件的結(jié)構(gòu)與工藝性分析,結(jié)合數(shù)控機(jī)床的加工能力、工件材料及工序內(nèi)容等因素綜合考慮。
數(shù)控加工常用刀柄主要分為鉆孔刀具刀柄、鏜孔刀具刀柄、銑刀類(lèi)刀柄、螺紋刀具刀柄和直柄刀具類(lèi)刀柄(立銑刀刀柄和彈簧夾頭刀柄)。
2 數(shù)控機(jī)床常用刀柄的選擇
A:刀柄結(jié)構(gòu)形式
數(shù)控機(jī)床刀具刀柄的結(jié)構(gòu)形式分為整體式與模塊式兩種;整體式刀柄其裝夾刀具的工作部分與它在機(jī)床上安裝定位用的柄部是一體的,這種刀柄對(duì)機(jī)床與零件的變換適應(yīng)能力較差,為適應(yīng)零件與機(jī)床的變換,用戶(hù)必須儲(chǔ)備各種規(guī)格的刀柄,因此刀柄的利用率較低。模塊式刀具系統(tǒng)是一種較先進(jìn)的刀具系統(tǒng),其每把刀柄都可通過(guò)各種系列化的模塊組裝而成,針對(duì)不同的加工零件和使用機(jī)床,采取不同的組裝方案,可獲得多種刀柄系列,從而提高刀柄的適應(yīng)能力和利用率。
刀柄結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)兼顧技術(shù)先進(jìn)與經(jīng)濟(jì)合理:
①對(duì)一些長(zhǎng)期反復(fù)使用、不需要拼裝的簡(jiǎn)單刀具以配備整體式刀柄為宜,使工具剛性好,價(jià)格便宜(如加工零件外輪廓用的立銑刀刀柄、彈簧夾頭刀柄及鉆夾頭刀柄等);
②在加工孔徑、孔深經(jīng)常變化的多品種、小批量零件時(shí),宜選用模塊式刀柄,以取代大量整體式鏜刀柄,降低加工成本;
③對(duì)數(shù)控機(jī)床較多尤其是機(jī)床主軸端部、換刀機(jī)械手各不相同時(shí),宜選用模塊式刀柄。由于各機(jī)床所用的中間模塊(接桿)和工作模塊(裝刀模塊)都可通用,可大大減少設(shè)備投資,提高工具利用率。
B:刀柄規(guī)格
數(shù)控刀具刀柄多數(shù)采用7:24 圓錐工具刀柄,并采用相應(yīng)型式的拉釘拉緊結(jié)構(gòu)與機(jī)床主軸相配合。刀柄有各種規(guī)格,常用的有40 號(hào)、45 號(hào)和50 號(hào)。目前在我國(guó)應(yīng)用較為廣泛的有ISO7388-1983、GB10944-1989、MAS403-1982、ANSI/ASME B5.50-1985 等,選擇時(shí)應(yīng)考慮刀柄規(guī)格與機(jī)床主軸、機(jī)械手相適應(yīng)。
C:刀柄的規(guī)格數(shù)量
整體式的TSG 工具系統(tǒng)包括20 種刀柄,其規(guī)格數(shù)量多達(dá)數(shù)百種,用戶(hù)可根據(jù)所加工的典型零件的數(shù)控加工工藝來(lái)選取刀柄的品種規(guī)格,既可滿足加工要求又不致造成積壓?紤]到數(shù)控機(jī)床工作的同時(shí)還有一定數(shù)量的刀柄處于預(yù)調(diào)或刀具修磨中,因此通常刀柄的配置數(shù)量是所需刀柄的2 ~ 3 倍。
D:刀具與刀柄的配套
關(guān)注刀柄與刀具的匹配,尤其是在選用攻螺紋刀柄時(shí),要注意配用的絲錐傳動(dòng)方頭尺寸。此外,數(shù)控機(jī)床上選用單刃鏜孔刀具可避免退刀時(shí)劃傷工件,但應(yīng)注意刀尖相對(duì)于刀柄上鍵槽的位置方向:有的機(jī)床要求與鍵槽方位一致,而有的機(jī)床則要求與鍵槽方位垂直。
E:選用高效和復(fù)合刀柄
為提高加工效率,應(yīng)盡可能選用高效率的刀具和刀柄。如粗鏜孔可選用雙刃鏜刀刀柄,既可提高加工效率,又有利于減少切削振動(dòng);選用強(qiáng)力彈簧夾頭不僅可以?shī)A持直柄刀具,也可通過(guò)接桿夾持帶孔刀具等。對(duì)于批量大、加工復(fù)雜的典型工件,應(yīng)盡可能選用復(fù)合刀具。盡管復(fù)合刀具與刀柄價(jià)格較為昂貴,但在加工中心上采用復(fù)合刀具加工,可把多道工序合并成一道工序、由一把刀具完成,有利于減少加工時(shí)間和換刀次數(shù),顯著提高生產(chǎn)效率。對(duì)于一些特殊零件還可考慮采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的復(fù)合刀柄。
F:強(qiáng)化工具系統(tǒng)管理工作
隨著數(shù)控機(jī)床數(shù)量增加,刀柄的數(shù)量會(huì)急劇增多。一套擁有5~8臺(tái)數(shù)控機(jī)床的柔性制造系統(tǒng),刀柄數(shù)量可達(dá)1000把以上。如何使這些刀具得到合理有效的利用,是刀具管理的重點(diǎn)工作。其內(nèi)容包括:刀柄采購(gòu)或補(bǔ)充計(jì)劃的提出;刀具數(shù)據(jù)的預(yù)調(diào);刀具的調(diào)度與保管;刀具壽命情況判斷與控制等。
3 數(shù)控機(jī)床刀柄的發(fā)展
A:特殊功能的刀柄
近年來(lái),加工中心上出現(xiàn)了一些特殊功能的刀柄,主要有以下類(lèi)型。
增速刀柄(增速頭):能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。如日本NIKKEN 公司的NXSE 增速頭,在機(jī)床主軸速度為4000r/min 時(shí),刀具可在0.8s 內(nèi)轉(zhuǎn)速達(dá)到20000r/min。
多軸刀柄:它能同時(shí)加工多個(gè)孔,相當(dāng)于多軸加工頭。多軸與增速刀柄組合使用可構(gòu)成雙功能的多軸增速刀柄。
內(nèi)冷卻刀柄:該刀柄與芯部開(kāi)有冷卻液通道的麻花鉆或深孔鉆配合使用,利用特殊的供油系統(tǒng),將高壓切削液噴注到切削部位,實(shí)現(xiàn)良好的冷卻與潤(rùn)滑,并排除切屑。
轉(zhuǎn)角刀柄:這種刀柄的頭部可作30º、45º、60º、90º等角度旋轉(zhuǎn),具有五面加工功能。安裝在立式加工中心上,可使立式加工中心具有臥式加工中心的功能,可用于深型腔的底部清角作業(yè)。
B:新型高速切削刀柄
隨著數(shù)控機(jī)床高精度高速切削技術(shù)的發(fā)展,適應(yīng)高速切削的刀柄系統(tǒng)好得到研制與開(kāi)發(fā)。如德國(guó)OTT 公司的HSK 刀柄和美國(guó)Kenamental 公司的KM刀柄等,其軸向定位精度可達(dá)0 .001mm,且在高速旋轉(zhuǎn)下,刀夾鎖緊更為牢固,徑向跳動(dòng)不超過(guò)5μm。HSK 刀柄是一種典型的1:10 短錐面、錐柄和主軸端面同時(shí)接觸的雙定位型空心刀柄,其主要特點(diǎn)為:
采用錐面、端面過(guò)定位的結(jié)合形式,能有效地提高工具系統(tǒng)的連接剛度,且重復(fù)定位精度高;
采用空心結(jié)構(gòu)和縮短錐部長(zhǎng)度,刀柄質(zhì)量較輕,可縮短換刀移動(dòng)距離,加快換刀速度,有利于實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)換刀;
采用1:10 錐度,錐柄較短,楔形效果好,有較強(qiáng)的抗扭能力,且能抑制因振動(dòng)而產(chǎn)生的微量移位;
刀柄與主軸間由擴(kuò)張爪鎖緊,轉(zhuǎn)速越高,擴(kuò)張爪的離心力(擴(kuò)張力)越大,鎖緊力越大,具有良好的高速性能。
為提高刀具系統(tǒng)在高速狀態(tài)下的動(dòng)平衡精度,可在刀柄上安裝自動(dòng)校正動(dòng)平衡裝置。