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高精度加工中的刀具夹持技术

2020-07-06 16:08
夹具侠
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选择具有最好同心度和最大刚度以及最小振摆的刀具夹持器时,对加工工序将产生很大的好处:刀具寿命几乎增加1倍 ,节约刀具成本和减少废品。好的同心度和平衡也意味着切削载荷是均衡地分布在切削刃上的,从而允许更高的切削速度和进给率,这就意味着更高的生产率,更高的金属去除率和更快的对机床投资的回收。

对大多数金属加工的应用而言,弹簧夹头仍然是可靠的解决办法。然而弹簧夹头的振摆、夹持力和平衡能力不都是良好的,那么对真正的高精加工有多种选择,包括收缩配合、液压的和液压机械的夹头。对于你的应用,选择正确的型式,可能是改善加工工序的一条可行的路子。

高精度加工中的刀具夹持技术

图1 弹簧夹头刀柄

高精度加工中的刀具夹持技术

图2 弹簧夹头刀柄尺寸图

高精加工刀具夹持技术分类

1. 液压机械夹头

该系统用液压去驱动夹头的机械 。一旦驱动以后,在夹头中就不再有液体压力了。液体压力只是用来支持外套筒围绕内套筒转,该内套筒就是夹头孔,外套筒沿着夹头内2°锥面滑动,所以它滑过整个内套筒,从而引起内套筒去压缩刀柄的圆周。这种夹头具有很厚的壁,使得它可以用于粗铣加工,这对液压夹头而言,可能是一个刚度的挑战 ,因为液压夹头有相对薄的壁,它被液压流体包围住,刚度相对低些。用户插装刀具是通过一只手或气动泵连接到夹头上的两个气门上来实现的。

每个夹头上有两个相互为180°对置的气门。使用者把在泵上的阀置于“夹紧”的位置上,插入刀具并开始打气。实际上可以用一只手把刀具装在Z轴上,同时用另一只手打气。该系统在45kN的压力时动作。达到这个压力时,使用者可以停止打气,把阀放回到中间“0 ”位上并对夹头卸荷,这时在刀柄上有42MPa的夹持压力。该系统具有可与液压及收缩配合的刀具夹持器相比的同心度和夹持力。在距端面约3倍于孔径处的TIR小于0.0025mm 。而且夹紧力是均匀地分布在整个刀柄的周围。该系统属于低维护系统。夹头没有磨损件,唯一要求是保持孔的清洁。唯一可能要求维护的是在气泵操作手把上的喷嘴。现在正在用复合材料来制造喷嘴,以便当使用者拧得过紧时,不至于损坏夹头上的气门。更换操作手把上的喷嘴要比重做一个夹头要便宜和容易得多 。

2. 液压刀具夹持器

液压刀具夹持器能保证刚度和自然平衡,而且它直接沿着自己的中心线夹持刀柄。就它们的本性而言,液压夹头将夹持刀具的整个直径和长度,而且形成一根在具体刀具上它所能找到的轴线。液压夹持器依靠夹持器金属壁在液体压力下均匀地压缩。它们以相对薄的收缩内套筒去夹紧刀具为特点 。为了使夹持器夹紧,操作者插入刀具并用Allen板手转动操纵螺杆。转动的螺杆使活塞移动,迫使液压流体进入夹持器本身和内部套筒之间的空隙中,由于转动的螺杆所产生的液体压力是预先设定的。可以达到的夹紧压力为21MPa或更大。

液压刀具夹持器可以减少任何转速上的振动,因为夹持器的油腔提供天然的阻尼。预先设定刀具也很简单。下调刀具并调整调节螺杆向上或向下 ,直至它达到适当的长度。然后转动操纵螺杆以夹紧刀具。相对薄的内套筒可以使液压刀具夹持器保证360°夹紧刀柄。但是,这样的套筒可能也限制夹持器在轻铣和钻削工序上的应用。钻削时,液压的或收缩配合的夹持器都能满足使用。如果是铣削,那最好用收缩配合的夹持器,因为它具有较高的动态刚度。在钻削的情况下,横向载荷低,要传递的是轴向推力和扭矩,而液压夹持器做这个是完全胜任的。在铣削中,你必定遇到弯曲的边缘载荷,液压夹持器在其油腔内具有很大的柔性和某些顺从性。内部套筒也可能被采用带有诸如Weldon刀柄的刀具所损坏。夹紧系统的灵敏度和记忆性要求使用圆柱形的切削刀具。由非圆柱形刀柄所引起的弹性套筒的不适当或不均匀的变形可能使它在夹头连续使用之后很难再装载切削刀具 。

雄克公司设计了一种名为TRIBOS的刀具夹持器如图4所示,具有两种基本形式,图4a为一刀具加长杆 ,用它夹持刀具可以起到延长刀具的作用,但必须与一刀具夹头联合使用;图4b则为一完整的刀具夹头,它既可夹持刀具又可直接与机床主轴联接。TRIBOS刀具夹持器的特点在于,其夹持部位的外径可以最大限度地减小到所希望的尺寸。例如夹持直径为6mm的TRIBOS刀具夹持器,其夹持部外径仅为10mm,在特殊情况下可以做得更小。

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