在评估铣刀刀柄的应用时，有必要考虑被加工的材料、金属的加工强度如何去除，以及任何可能对工具安全性构成挑战的加工条件。到目前为止，液压、机械和热辅助热缩配合系统的优缺点已广为人知，结果也有据可查。刀具必须在广泛不同的加工条件下发挥作用，但最常见的要求是刀具以强大的夹持力保持，以提供最佳的跳动、最高的精度和最少的质量破坏振动机会。刀柄解决方案可用于防止因切削而导致的灾难性故障在加工最坚硬的材料或在高速或高产量应用中，通常尽可能使用标准刀具。
APN Inc. 已将其 powRgrip 工具更换装置定位在高-速度、高性能的三轴和五轴加工中心。一名员工负责设置 Rego-Fix 工具，尽管车间的所有机械师都知道该系统，并会在必要时更换自己的工具。卡车转向部件的刀架更换是大赢家
从一种刀柄系统更改为另一种刀柄系统可能会对循环时间和生产率产生重大影响，即使是在最高产量的应用中也是如此。在汽车和卡车运输行业等大批量加工环境中，如果没有足够的信心，就不能更换刀柄确保这一变化将对周期时间、生产和质量产生积极影响。
美国中西部的一家汽车制造商就是这种情况。对用于卡车转向柱的球墨铸铁砂铸部件的两种特定端铣应用进行了评估，以找到解决因过度磨损而导致刀具更换过于频繁的问题。有些难以夹持的铸件在 Feeler 立式加工中心上进行加工。使用液压刀柄，刀片必须在 400 个循环后转位，总共 800 个零件。每年的需求是 140 万个组件，每个组件都由这些机加工零件中的一个组成。
客户的制造工程师正在寻找一种解决方案，以通过测试其他等级的刀片来延长应用程序的正常运行时间。 Horn USA Inc.（田纳西州富兰克林）的应用工程师 Brett Kischnick 说：“我被带去研究刀具寿命很短的铣削应用。” “我觉得法赫里Kischnick 说：“在 Centro P 刀柄系统上，可以显着改进用于带 ¾” [19.05-mm] 刀柄的 1″ [25.4-mm] 可转位立铣刀的液压刀柄。”改用使用相同可转位刀片的 Fahrion Centro P 刀柄后，刀具寿命提高到 600 次循环，共加工 1200 个零件。 “起初我不相信 Kischnick 先生说 Fahrion 刀柄可以显着延长刀具寿命，但我很高兴尝试了一下，”这位制造工程师说。
Fahrion 刀柄系统由一个新的刀柄、一个新的夹头和一个新的螺母组成。可调节扭矩扳手用于适当向下拧紧夹头螺母，每次都以完全相同的方式拧紧。 “支架和螺母的横截面较厚，可在不使夹头变形的情况下提供额外的扭矩。此外，卡盘主体对夹紧螺母直径的额外加强t 产生卓越的稳定性和最大的紧凑性，”Kischnick 说。
Fahrion Centro P 的夹紧螺母的夹紧扭矩为 140 N•m，刀柄经过硬化处理，接地 Rz 2.5，无油脂。刀柄提供比标准弹簧夹头高 100% 的夹紧力，刀柄前部锥度为 1 µm，后部锥度为 1 µm。夹头最大为 2 µm，因此综合系统跳动精度小于 3 µm。
高度的 cCentro P 刀柄系统的同心度和可重复性由 30° 梯形螺纹和研磨、超长、双倍长度导轨确保。 Kischnick 说：“研磨螺纹和导轨确保夹紧螺母在卡盘上完美居中，实现负载的均匀分布和最小的不平衡。” “夹紧力均匀分布在刀具柄的夹紧区域，使 Centro P 适用于干式加工和硬铣削，是钻孔、锪孔、铰孔、铣削、攻丝和高性能、高性能-速度切割应用程序。”
Perfection Is Aero, Defense Company's Requirement
APN Inc.（加拿大魁北克）投资了最新的先进数字加工技术，使其能够满足制造高精度、用于航空航天、汽车、国防和光学行业的难加工部件，这家家族企业致力于生产它“认为没有商量余地”的完美，并拥有 ISO-9001 和 AS 9100-C 认证以及 Pratt & Whitney 的 DQCR 认证。
在其数字加工武器库中，APN 编号为 5 Huron 5-最大速度为 24,000 rpm 的三轴加工中心和两个主轴转速为 18,000 rpm 的三轴加工中心。车削由 Nakamura 多轴数控车床完成，磨削由 CNC Combi-Tec 数控磨床完成。对于其铣削性能，APN 管理层认识到需要从其不一致的刀柄中获得更好的性能，特别是在刀柄平衡方面。
通过切换到 Rego- 的 powRgrip 刀柄系统，铣削性能得到了显着提高Fix Tool Corp.（印第安纳州印第安纳波利斯）。从热缩配合刀柄和标准 ER 夹头刀柄的转换是为了提供高速加工所需的可重复性和平衡一致性。 APN 通常是加工材料，范围从不锈钢到不锈钢、工具钢、铬镍铁合金、钛、铜和塑料。大多数工厂零件所需的机加工公差通常为 0.0005 英寸（0.013 毫米），有些甚至严格到 0.0002 英寸（0.005 毫米）。
安装后，powRgrip 系统已提供高同心度 (TIR)，对于高达 3×D 的刀具长度和重复精度在 10 μm 以内的长度预调整，偏差小于 3 μm。现在，对于陡锥形刀柄，刀柄在 22,000 rpm 时 100% 平衡到 G 2.5，对于 HSK 式 powRgrip 刀柄，刀柄在 25,000 rpm 时达到 G 2.5。 APN 的高速、高性能铣床现在运行 Rego-Fix powRgrip 刀柄或 ER 夹头。该公司拥有一个 powRgrip 换刀装置和 150 多个 powRgrip 刀柄，约占车间全部刀具的 60%。一些热缩刀柄仍在使用，以获得承诺的工具投资回报。
Nexteer 制造工程师 Bryce Silvernail（左）和 Horn USA 的应用/销售工程师 Brett Kischnick，与Fahrion 刀柄解决方案取代了 VMC 上的液压刀柄，加工卡车转向柱的球墨铸铁砂铸部件，显着延长了可转位刀片的刀具寿命。工件通常很小，四分之三的工件尺寸较小小于 3 英寸（76 毫米）正方形，一半小于 1 英寸（25.4 毫米）正方形。刀具尺寸通常小于 1/4 英寸（6.4 毫米）直径，一些钻头直径小至 0.015 英寸（0.4 -mm) 直径。作业批量大小从 5 到 1000 不等，平均约为 20。其中一半是定期安排的作业/订单，而另一半是首次运行的作业。在任何给定时间，APN 都可以处理一个车间有多达 500 个不同的工作
通过刀柄设计将工具安全地锁定到位
像 APN 这样的公司正在受益于 powRgrip 刀柄系统的减震能力。随着机床主轴速度和进给率的不断提高，此功能至关重要。这是不言而喻的：刀柄控制甚至消除振动越好，其 TIR 越严格。刀柄的 TIR 越紧，越有助于延长刀具寿命以及提高零件精度和表面光洁度。
Rego-Fix 的 powRgrip 机械刀柄系统及其后续的 secuRgrip 系统可确保同心度 (TIR) 和由于其刀柄和夹头以及夹头和刀柄之间的功能接触面，实现了高振动阻尼。 powRgrip 系统通过产生“材料断裂”来吸收振动。该过程从切削工具开始，通常由从高速钢到硬质合金再到钴的任何材料制成，每种材料都有它自己特定的振动频率或谐波。切削刀具固定在同样由特定类型钢制成的夹头中，然后插入由不同类型钢制成的 powRgrip 刀柄。
与需要修改刀柄的系统不同，secuRgrip 系统使用特殊的螺纹嵌件或键，无需更换刀具。简单而有效的设计是公司完善的 powRgrip 机械刀柄系统的一部分，并且允许使用任何现成的工具，只要它的刀柄上有一个通用的标准 Weldon 平面。
Rego-Fix 的 powRgrip 和 secuRgrip 在交换工具方面也比其他系统更快。从刀架上取下一个工具并安装另一个工具大约需要 10 秒。另一方面，热缩刀柄必须加热，安装刀具，然后在使用工具之前将其放入冷却器中 2 或 3 分钟。基于机械的工具创新，例如 Rego-Fix 的 powRgrip 和 secuRgrip 为车间提供了应对加工挑战的解决方案，尤其是那些涉及钛和铬镍铁合金等坚硬材料的加工。借助这些刀柄系统，车间可以延长切削刀具寿命，体验显着的成本优势，并以最高速度和进给运行切削刀具，以提高生产率，同时提高零件表面光洁度质量。
现有的 powRgrip 刀柄很容易只需在任何 powRgrip PG 25 或 PG 32 支架的外侧拧上螺纹，即可将其转变为安全握把支架，以接受锁紧螺母。 Rego-Fix 可以提供必要的螺纹规格或工厂螺纹支架。 secuRgrip 刀柄适用于直径从 0.472 英寸到 1.000 英寸（12–25.4 毫米）的刀具。 secuRgrip 刀柄的刀柄本体抗拉强度高于被夹持的切削刀具，因此在损坏刀柄之前，secuRgrip 刀柄能够承受可能折断刀具的切削力
标准刀具与铣刀夹头设计配合良好
BIG Kaiser Precision Tooling Inc.（伊利诺伊州霍夫曼庄园）最近推出了两款主要产品：一款旨在加工最坚硬的工件带有标准工具的耐热高温合金，以及另一个旨在使用液压工具夹持系统处理直径小至 3 毫米的最小工具。
BIG Kaiser 的新型小型液压卡盘可以处理小至3 毫米直径，适用于医疗和模具行业的高速精加工。“直到最近，还没有用于非常小工具的液压卡盘，特别是用于 3 毫米/1/8” 直径的工具，”工程经理 Alan Miller 说。 “原因归结为液压卡盘的工作原理。 hy的孔之间有过盈配合液压夹头和切割工具本身。我们已经能够重新设计具有非常严格的孔公差的液压系统，使我们能够将直径夹紧至 3 毫米。新型小型液压卡盘适用于医疗和模具行业的极高速精加工工作，”Miller 说。 “我们可以将它们制造得和 HSK 32 一样小，以便在主轴转速高达 45,000 rpm 的情况下进行非常高速的微加工，并获得非常精细的表面精加工所需的表面长度。”
解决问题为了解决加工钛和铬镍铁合金等耐热高温合金 (HRSA) 时可能遇到的工具拉出问题，BIG Kaiser 推出了 Mega Perfect Grip 铣削夹头。 “我们所做的其中一件事是采用现有的立铣刀标准刀柄，并使用 Weldon 平面来防止刀具从刀柄中拉出。我们对现有的铣削夹头产品线进行了修改，称为 Mega Perf等夹紧铣刀夹头。我们基本上在 Weldon 平面内插入一把钥匙，它会落入立铣刀支架上的特殊位置，这样当您将其放入并旋转时，平面就会锁定到内部凹槽中。一旦关闭铣刀夹头，产品就不可能拔出，”Miller 说。
Mega Perfect Grip 铣刀夹头结合了重型铣刀夹头的切削性能和防拔出安全性实心侧锁刀柄。高压和大容量喷射冷却液是标准功能。
“我们谈论铬镍铁合金和不锈钢，但铝在高速时会产生很大的轴向力并试图将刀具拉出的持有人。用于这些应用的所有刀具，用于高速铝加工和重型粗加工都需要刀具安全性。当人们看到 Mega Perfect Grip 铣刀夹头时，系统的简单性对他们来说是显而易见的，而且易于实施，”Miller 说。“在安全刀具夹持方面取得这些进展之前，夹持刀具的唯一方法是通过侧锁紧定螺钉。但是对于今天的 CAT 50 机器和 HSK A100 和 A125 机器，您需要更大的马力和高扭矩来满足更大的重型航空航天应用，Mega Perfect Grip 铣刀夹头提供制造商所需的刀具夹持安全性和信心，”Miller 说.
用于超精密换刀的智能主轴头
经过与德国阿尔高地区的两家工业伙伴多年的合作，格劳博工程师找到了一个解决方案来处理换刀期间的切屑：带有智能主轴头的 GROB 电主轴。凭借 GROB 的这项创新，在自动换刀后，刀具接口会以超高精度检查是否存在切屑。因为这种主轴内切屑检查也是循环时间中立的，并且不需要在机器的工作区域进行任何改动, 对于许多加工中心来说，这种发展是提高自动换刀过程中可靠性的极好方法。
GROB 电主轴在换刀过程中检测切屑。发生了什么是主轴鼻端中的传感器检测刀具固定点处由切屑引起的任何不对称变形并进行评估。信息通过高频无线电信号传输到机器控制器，然后标记出错误的工具更换。主轴头中传感器的能量由一个固定感应线圈和一个旋转感应线圈提供。组合的电子和测量技术只影响主轴面的设计。在刀具夹紧后主轴立即停止时读取读数。读数时，进料轴移动到新的加工位置。该系统的准确性令人印象深刻。切屑被可靠地检测到，在距离 HSK A63 刀柄上的面接触 150 毫米处，切屑可能导致刀具的同心度变化仅为 0.01 毫米。切屑是在工具锥面还是在面接触区域并不重要。
有关 GROB Systems Inc. 的更多信息，请访问 ，或致电 419-358-9015。
本文首次发表于 2015 年 8 月版的《制造工程》杂志。
