刀柄技术紧跟高速加工的要求
Greenleaf 最近推出了 XSYTIN-360，据该公司称，这是一系列整体陶瓷立铣刀，生产率是硬质合金的 10 倍。这张照片显示了 XSYTIN-360 铣床加工 Inconel 718。（由 Greenleaf 提供）越来越难以记住以低速和浅切削深度进行加工的日子。今天，各种机械车间，不仅仅是那些在多轴自主加工中心上使用高科技合金的机械车间，都非常注重速度。
这不仅仅是为了速度而速度。目标是生产更多好的零件，利润更高，更安全。高速加工 (HSM) 是通过降低切削力、提高金属去除率、改善散热来实现这一目标的一种手段化，并赋予更好的表面光洁度。
《制造工程》采访了许多行业专家，了解他们对 HSM 的看法，尤其侧重于刀柄。在我们的讨论中，有一件事变得清晰——刀柄将继续高速发展，刀柄将发挥关键作用。
“您的心态会迅速改变”
许多技术必须融合在一起才能获得从 HSM 中获得最大收益。 “当你转向 HSM 操作时，你的心态会迅速改变，”印第安纳州怀特斯敦 Rego-Fix Tool Corp. 的技术现场支持工程师 Chris Herdman 说。“你必须意识到加工中心、编程、高速主轴、先进的切削工具、平衡和高性能刀柄，以便充分利用 HSM。”
因人而异
金属加工行业首先采用1990 年代的 HSM。 “高速”一词意味着不同的薄
“高速加工是一种高转速、高进给率策略，但切削深度小，”Haimer USA LLC 总裁 Brendt Holden 说，Villa Park ，伊利诺伊州。 “即使切削深度更小，在这些更高的速度和进给下，材料去除率实际上也会增加，这是最终目标，因为它允许车间更快地制造零件。”
Rego-Fix powRgrip 刀柄确保紧握，尤其适用于在复杂零件生产中以高主轴转速运行的小直径刀具。 （由 Rego-Fix 提供）虽然没有特定的转速分界线，但我们的专家一致认为主轴转速在 15,000-30,000 rpm 范围内绝对是高速的。事实上，Rego-Fix 的 Herdman 注意到刀柄在专业医疗和电子应用中以 120,000 rpm 的速度运行。 “什么我们现在看到，随着高速运转，刚性降低的四轴和五轴机器以 12,000 rpm 或更高的速度运行，”Herdman 说。 “这些应用是低径向切削、高齿数、高进给率，其中大多数都在使用某种类型的动态铣削软件。”
Matt Goss，Greenleaf Corp. 的应用工程师/项目开发人员，宾夕法尼亚州 Saegertown 表示，他的公司认为高速是两个因素的组合：高主轴速度和高进给率。 “这转化为高进给速度 (ipm)，这不仅有助于最大限度地减少材料去除量，还有助于缩短循环时间。”
Platinum Tooling Technologies Inc. 总裁 Preben Hansen。 ，伊利诺斯州 Prospect Heights 表示，随着主轴速度增加到 20,000 rpm 以上，商店开始对工作进行一些不同的处理。 “在工具的每次旋转过程中，您可能不会使用那么多的材料，但进给率通常会更高，”他说。
克服 HSM 挑战
随着速度的提高，平衡和准确性方面出现严重问题的可能性也在增加。马萨诸塞州西博伊尔斯顿的 Emuge 公司铣削产品经理 Dan Doiron 表示，主轴中完美平衡的刀架至关重要。“即使是微小的波动也会降低可重复性，缩短刀具寿命，并可能损坏工件。由于在每个组件上都投入了时间和金钱，因此不会出现因使用错误的刀柄而导致切削刀具打滑或拔出的情况。”
传统卡盘（例如 ER 夹头刀柄和 Weldon 平面刀柄）很容易超出其限制，通常不能指望在 HSM 环境中可靠地工作。 “在高速应用中，ER 夹头的夹紧力和跳动较弱，侧锁夹头的跳动和阻尼较弱，”Doiron 说。
在任何速度下，主轴都会受到离心力。高速时，离心力足以使主轴孔略微增大。 “这种扩展可以将大锥度刀具（CAT、BT、SK 等）向上拉入主轴，导致 Z 轴尺寸发生变化，”Haimer 的 Holden 说。 “相比之下，空心柄锥形 (HSK) 刀具随着主轴以高转速增长，保持面接触并消除 Z 轴运动。”
有了Haimer Power Shrink卡盘，热缩技术的应用领域扩展到粗加工，仍然与据该公司称，跳动精度 Rego-Fix 的 Herdman 指出，随着工具旋转得更快，任何振动都会迅速放大。 “大多数 HSM 应用都需要远离陡峭的锥度，”他说。 “出于这个原因，HSK 和 Capto 风格的工具较旧的将是最佳选择。”当您使用以极高速度运行的更新、更奇特的陶瓷刀具时，热量成为一个问题。切削时产生的热量会传递到刀柄中，这可能会损害刀柄的完整性。 Greenleaf 的 Goss 说：“这可能会导致加工过程中出现振动，并最终导致刀具拔出。”
Holden 表示，与 HSM 相关的另一个挑战是保持主轴寿命。 “主轴不是很大，问题是主轴轴承不平衡的影响，”他说。 “这导致了没有活动部件或附加附件的预平衡刀柄的发展。”
在攻丝领域，在高速操作方面，刀柄面临着特殊的挑战，Kyle Matsumoto 表示，伊利诺斯州圣查尔斯市 OSG USA Inc. 的产品工程师 II。 “同步是点击操作的关键就质量和工具寿命而言，调整和错误可能是非常有问题的，”Matsumoto 说。错误发生在两点：循环开始时丝锥开始旋转，以及丝锥从向前运动过渡到缩回时。 “如果不允许丝锥在接触材料之前达到其目标转速，和/或如果它在达到目标转速之前开始缩回，则产生的额外推力载荷会降低螺纹质量并缩短刀具寿命，甚至破坏工具，”松本说。
相信摆线铣削
FPC 铣刀/钻夹头上的 Emuge 销锁夹头系统即使在最苛刻的粗切削操作中也能安全地防止工具拔出。橙色箭头指向销锁。 （由 Emuge 提供）在零件由固体材料生产并且具有复杂的轮廓和槽，HSM 可以通过摆线铣削提供高效、低负载的粗加工。该技术在编程的刀具路径上创建一个比刀具切削直径宽的槽，利用切削刃的整个长度保持低径向切削深度和高轴向切削深度。这使得零件的形状非常接近其最终形状。
“对于摆线铣削，由于刀具较长（高达 5×D）和立铣刀上的排屑槽数量（最多七个），夹紧力非常重要，”Emuge 的 Doiron 说。他告诫不要在摆线应用中完全依赖摩擦配合刀柄。 “高夹紧扭矩本身并不能保证拔出保护，”他说。 “更快的机床主轴和激进的刀具路径策略产生的令人难以置信的切削力暴露了即使是最好的摩擦配合夹紧系统的局限性。”
Holden 进一步阐述了这一想法。 “这挑战一直是使用摩擦配合系统（收缩配合铣刀夹头、高精度夹头夹头、液压夹头、压装夹头系统等）将切削刀具固定在刀柄中，”他说。 “如果没有形状配合，切削刀具会在刀架中旋转并最终从卡盘中拉出。在某些情况下，操作员直到工具过早损坏才意识到工具正在拔出。这驱使一些用户倒退并返回到具有 100 年历史的通过侧锁式立铣刀刀柄固定刀具的方法，这当然具有糟糕的平衡可重复性和差的跳动。”
刀柄注意事项
HSM 高性能刀柄的关键特性是平衡性、刚度、夹紧强度和跳动精度。使刀架与应用相匹配很重要。粗加工应用通常受益于具有最高夹紧强度的刀柄。在整理操作中，精确e 公差和精细的表面光洁度是目标，具有最小跳动和最大可重复性的刀柄将是首选。
我们所有的专家都建议为 HSM 应用程序使用高性能刀柄，并警告不要试图节省一个刀柄上的几美元。他们说，如果 HSM 浪费在较短的刀具寿命、缓慢的转换或质量损失上，那么从 HSM 获得生产率优势就没有经济意义。
“购买高性能刀具时的最大投资回报Emuge 的 Doiron 说：“刀柄可以延长刀具寿命。” “我们有一些客户看到，只需更换我们的高性能刀柄，而无需改变他们运行的速度或进给，刀具寿命就增加了五倍。”
引用的高性能刀柄是机械、热缩或液压卡盘。每一种在特定应用中都有其优点和局限性。热缩配合使用热量ed 孔扩大以接受刀具，然后在冷却时夹紧。液压刀柄使用液压来驱动薄膜或其他装置来夹紧刀具。
“冷缩配合非常流行，具有非常好的跳动和平衡性能，但在减振方面并不出色，这是通常受到最大进给率的限制，”Doiron 说。 “过去几年开发了改进的液压卡盘，它们的优点是具有良好的减震性。但它们的局限性在于夹紧力和拉出安全功能的缺失。”
“HSM 刀具夹持的首选方法将是能够将刀具跳动保持在 0.0001 以内的精密夹持器”[ 0.00254 毫米] 或更小，在高达 3×D 时测量，”Greenleaf 的 Goss 说。“保持这些极其严格的跳动公差可以带来更好的整体刀具性能、可重复性和更可预测的刀具寿命。”
“确保在您购买预平衡刀柄时，一旦您组装好刀柄，它作为一个组件仍然是平衡的，”Haimer 的 Holden 说。 “尝试找到一个运动部件尽可能少的系统。如果不这样做，您的刀具寿命会缩短，表面光洁度也会变差。或者，主轴会快速爆裂，您将面临机器停机和高昂的更换成本。我们建议购买一台内部平衡机，以确认您的组件在放入机器之前已平衡。对于陡锥度应用（CAT、BT、SK），我们建议购买带有导向器的优质拉钉，以将拉钉引导至刀柄中心以获得最佳平衡。”
推荐方法
OSG 的 SynchroMaster 刀柄具有微张力压缩浮子，可吸收推力 d 中的载荷方向并显着降低攻丝操作中反向旋转期间的推力，以最大限度地减少同步误差。据该公司称，其结果是更长的刀具寿命、一致的攻丝深度和更高的螺纹质量。 （由 OSG 提供）对于攻丝应用，OSG 的 Matsumoto 推荐使用 SynchroMaster 刀柄来吸收高速操作的推力载荷。 OSG 声称，刀柄通过补偿螺纹加工过程中的同步误差，“增强”了带有同步主轴的 CNC 机床的攻丝性能。 SynchroMaster 有一个集成的微张力压缩浮子，可以吸收推力方向的载荷，并显着降低反向旋转时的推力。结果是更长的刀具寿命、一致的攻丝深度和改进的螺纹质量。短倒角螺旋丝锥刀具寿命从 231 孔延长至 1,000 孔，延长了 5 倍。
Doiron 引用了 Emuge 的刚性 FPC 铣刀/钻头具有 3 吨牵引力的卡盘可牢固地固定工具。根据 Emuge 的说法，获得专利的 FPC 有一个 1:16 的蜗轮，将一个具有极高比率的特殊夹头拉入一个平角锥体，几乎可以吸收所有振动。机械驱动由六角扳手驱动，允许快速更换工具。夹紧力非常高，不受工具轴公差的影响。使用 3×D 刀具长度，同心度变化小于 3 µm，从而延长了刀具寿命并改善了表面光洁度。所有型号出厂时均已平衡至 G2.5、20,000 rpm。根据 Emuge 的说法，在与四种竞争卡盘设计的速度比较中，FPC 卡盘使进给率提高了 30%，而性能没有损失。
Herdman 推荐 Rego-Fix powRgrip 系列刀柄、夹头和自动或手动压制系统。夹头以高达 9 吨的压力压入夹头。 Rego-Fix 声称工具更改可以是使用 powRgrip 在 10 秒内完成，总指示跳动小于 3 µm，切削深度高达刀具直径的三倍，保证其性能可使用五年和 20,000 次刀具更换。对于需要额外的刀具保持措施的应用，Rego-Fix 提供了 secuRgrip 防拔出系统，该系统将工具锁定在夹头上。
Holden 引用了 Haimer 的“摩擦和形状配合”解决方案，称为 Safe -锁。该系统将冷缩配合、高精度夹头或液压卡盘的精度与孔后部的形状结合在一起，以与切削工具柄上的凹槽啮合。该公司声称安全锁系统不可能拔出工具。所有 Haimer 刀柄都经过预平衡，收缩配合夹头经过钻孔和攻丝以容纳平衡螺钉，可以添加平衡螺钉来纠正整个刀柄组件的潜在不平衡。
Goss 说 Greenleaf 最近宣布推出 XSYTIN-360，这是一种新的高性能整体陶瓷立铣刀系列，通过允许用户以陶瓷加工常见的更高速度应用类似于整体硬质合金立铣刀的切屑负载，可显着提高生产率。据该公司称，新型陶瓷立铣刀的生产率提高了 10 倍，并节省了大量成本。 Greenleaf 还推出了其快速更换刀柄系列，旨在最大限度地延长硬质合金和陶瓷车削应用中的刀具寿命。刀柄具有高压冷却液喷嘴，有助于去除切屑并延长刀具寿命。正 V 形底部插入件使用可更换的嵌套。使用 Greenleaf 陶瓷刀片时，负角刀片利用侧前角来提供更长的刀具寿命。
