數(shù)控機(jī)床刀柄系統(tǒng)選擇

    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)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。

一 數(shù)控機(jī)床常用刀柄的分類

    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、銑刀類刀柄、螺紋刀具刀柄和直柄刀具類刀柄(立銑刀刀柄和彈簧夾頭刀柄)。

二 數(shù)控機(jī)床常用刀柄的選擇

1. 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。

2.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)。

3.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。

4.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。

5.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門(mén)設(shè)計(jì)的復(fù)合刀柄。

6. 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。

三 數(shù)控機(jī)床刀柄的發(fā)展

1. 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，主要有以下類型。

a. 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。

b.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。

c. 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。

d.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)。

2.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：

a.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；

b.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；

c. 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；

d.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。

e.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。