高速切削與刀具動(dòng)平衡技術(shù)(下)

        (1)G16的平衡質(zhì)量等級(jí)規(guī)定給人一種“要求降低”的感覺(jué)，一般用戶已習(xí)慣了較高的平衡質(zhì)量等級(jí)，仍要求刀具制造商提供G2.5(最大使用轉(zhuǎn)速20000r／min)的刀具。另一方面，刀具制造商從市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要出發(fā).也盡可能使產(chǎn)品的平衡質(zhì)量等級(jí)優(yōu)于G16。因此，在現(xiàn)階段，工具制造商(包括刀具、刀柄、夾頭制造商)除滿足用戶提出的特殊使用條件及平衡要求外，都是根據(jù)各自的產(chǎn)品特點(diǎn)及制造水平自行規(guī)定產(chǎn)品出廠的平衡質(zhì)量等級(jí)。一些大型用戶企業(yè)如Bosch Technology公司、Daimler Chrysler Aerospace公司等則根據(jù)刀具的使用條件規(guī)定企業(yè)內(nèi)部的平衡質(zhì)量等級(jí)。 　　         (2)德國(guó)Ulm高等�？茖W(xué)校的Uwe.Kolb等人通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在三臺(tái)平衡機(jī)上由不同操作者對(duì)同一把重量為0.87kg、使用HSK63刀柄的整體刀具進(jìn)行多次測(cè)量，得出的不平衡量最小為4.76Ogmm，最大為10.55Ogmm，可以計(jì)算出，在使用轉(zhuǎn)速=15000r／min時(shí)，前者相當(dāng)于G9，后者則相當(dāng)于G19，G值的分散范圍接近l0。對(duì)8種常用刀具一刀柄組合系統(tǒng)進(jìn)行的類似試驗(yàn)進(jìn)一步證明了這種分散性，試驗(yàn)結(jié)果表明，所有測(cè)量數(shù)據(jù)都達(dá)不到G2.5，甚至G6.3也不是在所有轉(zhuǎn)速下均能達(dá)到。研究人員指出，這種不平衡量的不確定性與缺乏統(tǒng)一的測(cè)量?jī)x器和測(cè)試方法有關(guān)。目前，用于測(cè)量不平衡量的動(dòng)平衡機(jī)既有專業(yè)廠家生產(chǎn)的通用型(一般為臥式)，也有專為刀具動(dòng)平衡而開(kāi)發(fā)的專用型(一般為立式)。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同的操作者使用不同類型的動(dòng)平衡機(jī)對(duì)相同刀具測(cè)得的不平衡量數(shù)據(jù)并不一致。這也是目前用戶難以重復(fù)測(cè)出刀具制造商測(cè)定的不平衡量的主要原因。

　　一些研究人員提出，刀具合理的平衡質(zhì)量等級(jí)可按以下方式確定：對(duì)于金屬切除量較大的粗加工(如飛機(jī)整體鋁合金構(gòu)件、大型模具的模腔、鋁合金殼體等的加工)，刀具平衡質(zhì)量等級(jí)達(dá)G16即已足夠，但當(dāng)這種粗加工消耗功率較大時(shí)，在15000～24000r／min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)則可采用G6.3～G8.0，以減小不平衡力對(duì)主軸軸承的附加載荷。對(duì)于精加工，則要求刀具系統(tǒng)的平衡質(zhì)量等級(jí)至少應(yīng)達(dá)G6.3。也不排除采用更高的平衡質(zhì)量等級(jí)(甚至可比FKM規(guī)范的下限值更小)，這就需要對(duì)裝入主軸后的工具系統(tǒng)與主軸作為一個(gè)整體進(jìn)行在線平衡。

　　目前，德國(guó)Schunk公司新推出的帶液壓脹緊夾頭的HSK63整體結(jié)構(gòu)刀柄的出廠平衡質(zhì)量等級(jí)為G6.3，其殘留不平衡量為4gmm，推薦轉(zhuǎn)速為15000r/min。該公司生產(chǎn)的可精細(xì)調(diào)節(jié)平衡的液壓脹緊夾頭的使用轉(zhuǎn)速可達(dá)50000r/min。

　　5.刀具在線平衡系統(tǒng)

　　用戶在加工現(xiàn)場(chǎng)使用刀具時(shí)，由于對(duì)工具系統(tǒng)進(jìn)行組合及對(duì)刀柄與主軸進(jìn)行聯(lián)接時(shí)均可能產(chǎn)生一定偏心量，從而使經(jīng)過(guò)預(yù)先平衡的刀具產(chǎn)生新的不平衡，因此，開(kāi)發(fā)一種能使整個(gè)刀具一刀柄一主軸系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)平衡的在線平衡系統(tǒng)極具實(shí)用價(jià)值，利用該系統(tǒng)甚至有可能直接使用未經(jīng)預(yù)先平衡的刀具組件進(jìn)行加工。

　　美國(guó)Baladyne公司開(kāi)發(fā)的在線平衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理如下：該系統(tǒng)由傳感器、控制器、配重盤(pán)、線圈等組成。主軸上帶有兩個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)的配重盤(pán)，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)配重盤(pán)的位置，可使產(chǎn)生的不平衡力與需平衡的刀具系統(tǒng)的不平衡量相互抵消，達(dá)到在線平衡的目的。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)2.5秒鐘的“學(xué)習(xí)”后，集成在主軸中的平衡裝置采集到整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，再經(jīng)過(guò)1秒鐘的自動(dòng)調(diào)節(jié)后即可達(dá)到平衡。目前該系統(tǒng)可適用于60000r/min的轉(zhuǎn)速條件。Baladyne公司稱，如預(yù)先設(shè)計(jì)的配重盤(pán)能力足夠，可使用未經(jīng)預(yù)先平衡的刀具實(shí)現(xiàn)完全的在線平衡。

　　美國(guó)Kennametal公司開(kāi)發(fā)的在線平衡系統(tǒng)由平衡刀柄、加速度傳感器、控制器和調(diào)節(jié)器組成，其特點(diǎn)是將電磁驅(qū)動(dòng)的配重盤(pán)配置在刀柄內(nèi)，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)刀柄配重盤(pán)的相對(duì)位置，系統(tǒng)可對(duì)主軸和工具系統(tǒng)進(jìn)行整體平衡，而不必使用特殊主軸。

　　6.結(jié)語(yǔ)

　　目前，高速旋轉(zhuǎn)刀具已在我國(guó)一些工業(yè)部門(mén)中推廣應(yīng)用，高速切削技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)也成為我國(guó)制造業(yè)尤其是機(jī)床工具行業(yè)面臨的緊迫任務(wù)。在2001年第七屆北京國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，我國(guó)已有機(jī)床制造廠展出了主軸轉(zhuǎn)速達(dá)10000～15000r/min的加工中心機(jī)床，工具行業(yè)通過(guò)技術(shù)改造也初步具備了開(kāi)發(fā)高速切削刀具的能力，這都為高速切削技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了必要條件。與高速切削技術(shù)配套的刀具動(dòng)平衡技術(shù)已成為機(jī)床工具行業(yè)共同關(guān)心的技術(shù)課題，加快該技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)工作將有助于高速切削技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。