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2019年09月27日

刀柄評估報告:看看誰的動平衡做的更好

美日分享 閱讀(356)
美日分享:一個高效的加工方案,必須綜合考慮刀柄的各種特性,尤其是在高速運轉條件下的夾緊力和徑向跳動誤差精度及其動平衡質量,這樣有利于降低刀具本身存在的振動。
有效控制刀具跳動的工藝
刀柄按照夾持種類有彈簧刀柄、液脹刀柄、熱縮刀柄等不同形式。這其中熱縮刀柄是利用熱脹冷縮的原理工作的,用熱感應裝置使刀柄的夾持部分在短時間內加熱,使得刀柄內徑擴張,然后立即把刀具裝入刀柄內。
加工案例:Φ32合金鋼材料
轉速:1000rpm
進給:350mm/min
刀柄冷卻收縮時,即可賦予刀具夾持面均勻的壓力,從而產生很高的徑向夾緊力,將工具牢牢夾持住,刀具和刀柄間不介入任何機械夾持部件。熱裝刀柄可解決高速精加工中極為重要的平衡、振擺精度及夾緊強度等問題。
熱縮刀柄的運作過程
熱縮刀柄熱量來源于感應技術加熱。如視頻所示,熱脹刀柄加熱裝置具有感應線圈,可以對刀柄中插入的刀具的區域進行精確地加熱。
在插入刀具后,需要對刀柄冷卻一段時間,這可以通過冷卻套加速其冷卻速度。刀柄冷卻以后依靠其收縮力夾住刀柄。
以熱脹冷縮原理夾緊的刀具幾乎成為受力非常均勻地一體式刀具,具有很多的優點:徑向跳動誤差精度很高,可達到3μm以下水平;傳動扭矩大,而刀柄的設計相對比較小巧。
熱縮刀柄的應用場景分析
根據壁厚,夾持刀具長度,過盈量,熱縮刀柄分為以下三種:
1.標準型。
2.加強型:壁厚加大,用于航空航天行業重載強力銑削刀具夾持。
3.輕型:加長薄壁,用于模具深型腔加工。

以HSK63A熱縮刀柄為例,利用有限元軟件ANSYS,根據熱縮刀柄一一刀具配合的夾持力的不同影響因素,分別建立有限元模型,分析結構因素對夾持力的影響,得出熱縮夾頭和刀具的材料物理特性.

各影響因素與夾持力(或接觸壓力)的相關性如表2所示。其中,熱縮夾頭的壁厚、配合過盈量和接觸長度與接觸壓力具有正相關性。

增大熱縮夾頭的外壁壁厚、熱縮夾頭一一刀具配合的初始過盈量和接觸長度,均會增大夾持力;在相同的初始過盈量條件下,內孔較大的熱縮夾頭夾持力較小;隨著主軸轉速提高,熱縮夾頭一一刀具配合過盈量減小,夾持力也會相應減小。切削傳熱導致熱縮夾頭溫度升高,同樣也會減小配合過盈量,從而降低熱縮夾頭對刀具的夾持力。
熱縮刀柄與液壓/彈簧刀柄
▌ 彈簧夾頭
主要用于鉆頭、銑刀、絲錐等直柄刀具及工具的裝夾,卡簧彈性變形量1mm,夾持范圍在直徑 0.5~32mm。

▌ 液壓刀柄
液壓刀柄的夾持方式有別于傳統刀柄系統,擰緊只需用一個加壓螺栓,當螺栓擰緊時便會推動活塞的密封塊在刀柄內產生的一個液壓油壓力,該壓力均勻地從圓周方向傳遞給鋼制膨脹套,膨脹壁再將刀具夾緊。
液壓刀柄一般可以將徑向跳動誤差精度和重復定位精度控制在3μm以下。由于刀柄內存有高壓油液壓力,當刀具被夾緊時,內藏的油腔結構及高壓油的存在增加了結構阻尼,可有效防止刀具和機床主軸的振動。

▌ 熱縮刀柄
根據以上可知,熱縮刀柄夾緊力大,動平衡好,適合于高速加工。與彈簧夾頭以及液脹刀柄相比,動平衡和剛性都較好,標準化的操作帶來了較低的使用成本。

▲刀柄評估比對
這些不同的刀柄系統因為加工原理、加工設計和方式的不同,優勢也不盡相同。比如一個剛性較高的刀柄并非適用于所有加工,一個非常適合高速加工的刀柄可能就不能滿足其他的一些加工需求,因此準確分析才是形成合理工藝方案的前提。

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