高速加工的刀具技術(shù)

1.緒言
    眾所周知，高精度化、高效率化、低成本、快速交貨等問(wèn)題是機(jī)械加工行業(yè)的永久的課題。特別是近些年，市場(chǎng)結(jié)構(gòu)、市場(chǎng)需要日新月異，更對(duì)機(jī)械加工提出了更高的要求。再加上加工機(jī)械、刀具、刃具以及CAD/CAM技術(shù)的不斷進(jìn)步，整個(gè)世界機(jī)械加工行業(yè)迅速地向高速化發(fā)展。
2.高速加工的優(yōu)越性
    高速加工之所以令人注目，是因?yàn)樗�具有如下的�?yōu)越性。以模具加工為例，過(guò)去一般的是分為粗加工→中精加工→精加工→電火化加工→磨光加工等多個(gè)加工工程，而采用高速后，可以將這些加工集中為一個(gè)工程，而且由于加工精度的提高，磨光工程也可也省去。這樣不但減少了加工時(shí)間及工程間的準(zhǔn)備時(shí)間，也減少了機(jī)器設(shè)備及工具設(shè)備的數(shù)量，提高了整體效率。
    當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)高速加工，除主軸高速化以外還存在著有關(guān)刀具系統(tǒng)、刃具系統(tǒng)等各種各樣的課題。下面就高速加工對(duì)刀具系統(tǒng)的要求以及當(dāng)今的刀具系統(tǒng)技術(shù)作一簡(jiǎn)單分析。
3.高速加工對(duì)刀具系統(tǒng)的要求
    刀具介在于機(jī)器與刃具之間，刀具的性能不但直接影響加工精度和加工效率，同時(shí)也影響機(jī)器與刃具的壽命。特別是高速加工，要求刀具系統(tǒng)具備以下特點(diǎn):
①高剛性
②高定位精度
③平衡性　
④耐破損性
⑤高把持精度
⑥強(qiáng)把持力
⑦柔軟性
　針對(duì)這些要求，刀具廠家作多種努力，而兩面拘束刀具系統(tǒng)是近些年來(lái)最令人注目的。
4.兩面拘束刀具系統(tǒng)
     所謂兩面拘束，簡(jiǎn)單地說(shuō)即是刀柄與主軸的錐面及端面同時(shí)密接。
4.1徑向剛性
4.2跳動(dòng)精度和重復(fù)精度的提高
　跳動(dòng)精度是影響加工的一個(gè)重要因素。例如用立銑刀進(jìn)行精加工時(shí)，因進(jìn)刀量較小，如果跳動(dòng)精度不好，每個(gè)刃的切削量就不一樣。這不但使切削量大的刃加快磨損，而且直接影響到加工面。甚至因切削量小的刃從工件表面擦過(guò)而使刀、刃具發(fā)生顫振。要解決這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)然需要提高主軸、刀柄、刃具的跳動(dòng)精度，刀具交換時(shí)的裝入主軸的誤差也不容忽視。和普通BT刀柄相比，兩面拘束刀柄【BIG+PLUS】不但有錐面的求心性，而且由于刀柄與主軸端面密接，可保持其徑向的水平定位。當(dāng)然這要求刀柄及主軸端面的水平度和平坦度非常高。
    另外，主軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)因?yàn)殡x心力的作用，其錐孔內(nèi)徑增大，在拉力P的作用下刀柄將發(fā)生軸向變位而影響加工精度。甚至?xí)�妨礙ATC的正常工作。而【BIG+PLUS】刀具由于與主軸端面密接，所以軸向尺寸幾乎不變。
4.3刀具的平衡精度
    如果旋轉(zhuǎn)體完全處于動(dòng)平衡狀態(tài)，也即重心與軸心一致，即可看著離心力F=0。 如果旋轉(zhuǎn)體處于非動(dòng)平衡狀態(tài)進(jìn)行加工，直接影響工具壽命、加工精度以及加工效率。
    刀具的平衡精度一般用G等級(jí)來(lái)表示。越是高速、高精度加工對(duì)G的要求也越高。
    由此可見(jiàn)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(N增大)要維持或提高G等級(jí)，就是要盡量地減小非平衡質(zhì)量m，對(duì)于刀柄來(lái)說(shuō)在存庫(kù)前的平衡修正就相當(dāng)重要。
    另外，為防止螺母因構(gòu)造不均勻而發(fā)生破損以及減少高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的噪音和阻力，所有MEGA系列的螺母都沒(méi)有扳手槽。因而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了MEGA系列產(chǎn)品用的MEGA扳手。此扳手采用單方向離合器原理，只要調(diào)換扳手的上下方向就可以進(jìn)行鎖緊或松開(kāi)的操作。
4.4刀具的把持精度
    即使刀柄具有很高的平衡精度，但如果把持精度不好，在夾持刃具后整體的平衡精度也會(huì)被破壞。特別是現(xiàn)代高速加工，使用的刃具多以硬質(zhì)合金材料為主流。硬質(zhì) 合金刃具的硬度高、耐磨損性好、但相對(duì)來(lái)說(shuō)韌性較差，如無(wú)高精度(平衡精度、跳動(dòng)精度)的刀柄作保證，在高速加工時(shí)不但會(huì)影響加工精度，同時(shí)使刃具壽命縮短、甚至折損、損壞工件、影響到整體的生產(chǎn)效率。
    就彈簧夾頭而言，由于制造技術(shù)以及價(jià)格等原因，一般使用較多是跳動(dòng)精度為10～15μm(4D先端)。但近些年來(lái)，隨著加工技術(shù)及工藝水平的提高，一些高精度、高性賴(lài)性的彈簧夾頭出現(xiàn)在市場(chǎng)，為高速、高精度加工提供了保證。
5.結(jié)語(yǔ)
    無(wú)任從那個(gè)角度來(lái)看，高速、高精度、高效率加工時(shí)使用兩面拘束型刀具幾乎可以作為定認(rèn)。但現(xiàn)有的兩面拘束型刀具系統(tǒng)除大昭和精機(jī)的【BIG+PLUS】以外，還有HSK、KM等多種規(guī)格。這些規(guī)格的刀柄和普通(BT)刀柄相比有高精度、高剛性等共同之處，也有各自的不同特點(diǎn)。
比如HSK刀柄因是1/10中空短錐柄，所以重量輕、換刀時(shí)間短。但也正因?yàn)樗�是中空柄，所以錐柄部分強(qiáng)度較弱。再有刀柄上的V型定位槽使得刀柄本身處于不平衡狀態(tài)，高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)容易發(fā)生振動(dòng)。
    和其它兩面拘束系統(tǒng)相比【BIG+PLUS】的最大的特點(diǎn)是和普通BT系統(tǒng)具有互換性。也就是說(shuō)，【BIG+PLUS】刀柄在BT主軸上也可以使用，BT刀柄在【BIG+PLUS】主軸上也可以使用。甚至裝刀臺(tái)、對(duì)刀儀等周邊機(jī)器也可以共用。這大大地減少了投資金額，對(duì)用戶很有吸引力。