高速銑削工具系統(tǒng)概述
時(shí)間：2024-04-09 10:02:52 來(lái)源：admin 點(diǎn)擊：0次
高速加工是集材料科學(xué)、工程力學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)和制造科學(xué)于一體的高新加工技術(shù)，在汽車制造、航空航天和機(jī)械加工多個(gè)行業(yè)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。眾所周知，高速銑削在高速加工中扮演了非常重要的角色，據(jù)了解，高速加工中有40%來(lái)自高速銑削加工，而高速銑削工具系統(tǒng)是高速銑削機(jī)床的重要組成部分，其性能將影響到加工質(zhì)量和加工效率。因此，高速銑削工具系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)倍受國(guó)內(nèi)外機(jī)械工程專家和學(xué)者的關(guān)注。
半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，傳統(tǒng)的BT（7∶24錐度）工具系統(tǒng)在機(jī)械加工中發(fā)揮了重要的作用。下圖為高速加工時(shí)BT工具系統(tǒng)工作示意圖。高速加工時(shí)主軸工作轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)，在離心力作用下主軸孔的膨脹量比實(shí)心的刀柄大，使錐柄與主軸的接觸面積減少，導(dǎo)致BT工具系統(tǒng)的徑向剛度、定位精度下降；在夾緊機(jī)構(gòu)拉力的作用下，BT刀柄的軸向位置發(fā)生變化，軸向精度下降，從而影響加工精度；機(jī)床停車時(shí)，刀柄內(nèi)陷于主軸孔內(nèi)將很難拆卸。另外，由于BT工具系統(tǒng)僅使用錐面定位、夾緊，還存在換刀重復(fù)精度低、連接剛度低、傳遞扭矩 能力差、尺寸大、重量大、換刀時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。為解決上述問(wèn)題，德國(guó)、美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá) 國(guó)家相繼開(kāi)發(fā)出若干新型工具系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)代機(jī)械加工生產(chǎn)的要求，例如：HSK工具系統(tǒng)、KM工具系統(tǒng)和BIG-plus工具系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的BT工具系統(tǒng)工作示意圖在工具系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，動(dòng)平衡漸漸成為評(píng)價(jià)一個(gè)工具系統(tǒng)好壞的重要指標(biāo)之一。在高速切削加工過(guò)程中，主軸轉(zhuǎn)速非常高，因此，在高速旋轉(zhuǎn)的刀具系統(tǒng)中，就存在著殘余不平衡量（不對(duì)稱的質(zhì)量），會(huì)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系的離心力，這種動(dòng)態(tài)負(fù)荷會(huì)激起刀具和機(jī)床的振動(dòng)，從而導(dǎo)致加工表面質(zhì)量、刀具壽命和主軸軸承壽命的下降，甚至影響到加工過(guò)程的正常進(jìn)行。為減小或限制這種殘余不平衡量產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)負(fù)荷的影響，應(yīng)對(duì)刀具系統(tǒng)進(jìn)行必要的動(dòng)平衡。在高速切削加工過(guò)程中，刀柄的動(dòng)平衡是改善整體式部件質(zhì)量分布的過(guò)程，以將不平衡質(zhì)量及其作用力減小至可接受水平。動(dòng)平衡可以通過(guò)不同方法實(shí)現(xiàn)：添加重量、去除材料（例如，EPB刀柄）或?qū)嵤┱{(diào)節(jié)（例如，EPB鏜頭上的動(dòng)平衡環(huán)）。對(duì)工具系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)平衡時(shí)常常采用去除材料的方法，EPB刀柄的動(dòng)平衡如圖所示。
動(dòng)平衡的好壞可由動(dòng)平衡品質(zhì)來(lái)衡量，而動(dòng)平衡品質(zhì)由動(dòng)平衡質(zhì)量G、單位不平衡量e和轉(zhuǎn)速n決定，以上三者的關(guān)系如圖（摘自ISO1940標(biāo)準(zhǔn)）所示。其中單位不平衡量e也被稱為不平衡偏心，即重心相對(duì)刀柄旋轉(zhuǎn)軸線偏離的距離。動(dòng)平衡降低了e，換言之，使得重心距旋轉(zhuǎn)軸盡可能的接近。這樣也就減小了旋轉(zhuǎn)刀具的橫向振動(dòng)。
動(dòng)平衡質(zhì)量G、單位不平衡量e和轉(zhuǎn)速n三者的關(guān)系在高速切削加工過(guò)程中，工具系統(tǒng)的動(dòng)平衡質(zhì)量G取決于轉(zhuǎn)速n、刀柄質(zhì)量M和殘余不平衡量U，不參考轉(zhuǎn)速n不能確定動(dòng)平衡質(zhì)量G。對(duì)于刀柄，最好使用單位不平衡量e和殘余不平衡量U來(lái)確定其動(dòng)平衡質(zhì)量，e或U可通用于所有刀柄，而G必須相對(duì)特定n來(lái)表達(dá)，其中，e可容易地由U（通過(guò)動(dòng)平衡機(jī)得到）除以刀柄質(zhì)量M計(jì)算得到。一般情況下，ISO40刀柄轉(zhuǎn)速大于10000r/min需要認(rèn)真考慮動(dòng)平衡問(wèn)題，轉(zhuǎn)速在15000r/min以上時(shí)強(qiáng)力建議使用動(dòng)平衡工具系統(tǒng)，ISO50刀柄轉(zhuǎn)速大于8000r/min時(shí)考慮動(dòng)平衡問(wèn)題。而可調(diào)節(jié)平衡工具系統(tǒng)在動(dòng)平衡機(jī)上作過(guò)精確平衡后，在20000r/min，40刀柄預(yù)平衡至G2.5；在15000r/min，50刀柄預(yù)平衡至G2.5。隨著高速切削加工技術(shù)的發(fā)展，刀柄在加工中的重要性愈來(lái)愈凸顯，而動(dòng)平衡作為刀柄研究中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，必將會(huì)受到越來(lái)越多的機(jī)械工程專家和工具廠商的重視。
