高速銑削工具系統(tǒng)概述
時間：2024-04-09 10:02:52 來源：admin 點擊：0次
高速加工是集材料科學(xué)、工程力學(xué)、機械動力學(xué)和制造科學(xué)于一體的高新加工技術(shù)，在汽車制造、航空航天和機械加工多個行業(yè)得到了越來越廣泛的應(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%來自高速銑削加工，而高速銑削工具系統(tǒng)是高速銑削機床的重要組成部分，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)的研究與開發(fā)倍受國內(nèi)外機械工程專家和學(xué)者的關(guān)注。
半個多世紀以來，傳統(tǒng)的BT（7∶24錐度）工具系統(tǒng)在機械加工中發(fā)揮了重要的作用。下圖為高速加工時BT工具系統(tǒng)工作示意圖。高速加工時主軸工作轉(zhuǎn)速達到每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)，在離心力作用下主軸孔的膨脹量比實心的刀柄大，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；機床停車時，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、換刀時間長等缺點。為解決上述問題，德國、美國、日本等工業(yè)發(fā)達 國家相繼開發(fā)出若干新型工具系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)代機械加工生產(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)的開發(fā)過程中，動平衡漸漸成為評價一個工具系統(tǒng)好壞的重要指標之一。在高速切削加工過程中，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（不對稱的質(zhì)量），會產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系的離心力，這種動態(tài)負荷會激起刀具和機床的振動，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，甚至影響到加工過程的正常進行。為減小或限制這種殘余不平衡量產(chǎn)生的動態(tài)負荷的影響，應(yīng)對刀具系統(tǒng)進行必要的動平衡。在高速切削加工過程中，刀柄的動平衡是改善整體式部件質(zhì)量分布的過程，以將不平衡質(zhì)量及其作用力減小至可接受水平。動平衡可以通過不同方法實現(xiàn)：添加重量、去除材料（例如，EPB刀柄）或?qū)嵤┱{(diào)節(jié)（例如，EPB鏜頭上的動平衡環(huán)）。對工具系統(tǒng)進行動平衡時常常采用去除材料的方法，EPB刀柄的動平衡如圖所示。
動平衡的好壞可由動平衡品質(zhì)來衡量，而動平衡品質(zhì)由動平衡質(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標準）所示。其中單位不平衡量e也被稱為不平衡偏心，即重心相對刀柄旋轉(zhuǎn)軸線偏離的距離。動平衡降低了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。
動平衡質(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程中，工具系統(tǒng)的動平衡質(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不能確定動平衡質(zhì)量G。對于刀柄，最好使用單位不平衡量e和殘余不平衡量U來確定其動平衡質(zhì)量，e或U可通用于所有刀柄，而G必須相對特定n來表達，其中，e可容易地由U（通過動平衡機得到）除以刀柄質(zhì)量M計算得到。一般情況下，ISO40刀柄轉(zhuǎn)速大于10000r/min需要認真考慮動平衡問題，轉(zhuǎn)速在15000r/min以上時強力建議使用動平衡工具系統(tǒng)，ISO50刀柄轉(zhuǎn)速大于8000r/min時考慮動平衡問題。而可調(diào)節(jié)平衡工具系統(tǒng)在動平衡機上作過精確平衡后，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愈凸顯，而動平衡作為刀柄研究中的一項重要內(nèi)容，必將會受到越來越多的機械工程專家和工具廠商的重視。
