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加工中心究竟該如何正確選擇刀柄？

更新時(shí)間：2022-04-20 點(diǎn)擊次數(shù)：2299

精密的加工中心機(jī)床配合先進(jìn)的切削刀具可提供出色的金屬切削生產(chǎn)率。而刀柄作為切削刀具和機(jī)床主軸之間的關(guān)鍵性接口，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率至關(guān)重要。那么，該如何選擇、應(yīng)用和維護(hù)適合生產(chǎn)需求的刀柄呢？

工件因素影響刀柄選擇

影響刀柄選擇的因素包括每個(gè)作業(yè)中工件材料的可加工性以及最終零件的配置，這些因素可確定到達(dá)特定輪廓或特征所需的刀柄尺寸。刀柄應(yīng)盡可能簡單且易于使用，以盡量減少操作員出錯(cuò)的可能性。

機(jī)床的基本構(gòu)件起著關(guān)鍵作用 — 具有線性導(dǎo)軌的快速機(jī)床將充分利用專為高速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的刀柄，而具有箱型槽的機(jī)床則為重載加工提供支持。多任務(wù)機(jī)床可同時(shí)完成車削和銑削/鉆削工序。

也可以根據(jù)加工策略選擇刀柄。例如，為了在高速切削 (HSC) 工序中或在高性能切削 (HPC) 應(yīng)用中最大限度地提高生產(chǎn)率，車間會(huì)選用不同的刀具，前者涉及較淺的切削深度HHS，后者重點(diǎn)關(guān)注在功率充足但速度有限的機(jī)床上產(chǎn)生較高的金屬切除率。

較低的可重復(fù)徑向跳動(dòng)有助于確保恒定的刀具嚙合量，從而減少振動(dòng)并最大限度地延長刀具壽命。平衡至關(guān)重要，高質(zhì)量刀柄應(yīng)在 G2,5-25000 rpm 質(zhì)量 (1 g.mm) 下達(dá)到精密動(dòng)平衡。加工車間可以根據(jù)實(shí)際情況，或咨詢刀具供應(yīng)商，確定能夠以經(jīng)濟(jì)高效的方式滿足其生產(chǎn)需求的刀柄系統(tǒng)。

每種刀柄都都應(yīng)符合特定的工序要求

無論是簡單的側(cè)固式、夾套式、熱縮式、機(jī)械式還是液壓式，刀柄都應(yīng)符合特定的工序要求。

彈簧夾頭和可互換夾套是較常用的圓形刀柄技術(shù)。經(jīng)濟(jì)高效的 ER 式提供各種尺寸，并提供足夠的夾持力，以實(shí)現(xiàn)可靠的輕銑削和鉆削工序。高精度 ER 夾套式刀柄具有較低的徑向跳動(dòng)（在刀尖處 < 5µm）和可平衡用于高速工序的對(duì)稱設(shè)計(jì)，而加強(qiáng)型則可用于重載加工。ER 刀柄便于快速轉(zhuǎn)換，可適應(yīng)各種刀具直徑。

熱脹刀柄可提供強(qiáng)大的夾緊力，在 3xD 處具有 3 μm 的同心度，且具有很好的動(dòng)平衡質(zhì)量。小巧的刀柄設(shè)計(jì)可以很好地夠到棘手的零件特征。

增強(qiáng)型刀柄可進(jìn)行中等至重載銑削，但夾持力取決于刀桿和刀柄的內(nèi)徑公差。熱脹式刀具需要購買特殊加熱裝置，加熱/冷卻過程比簡單地切換夾套需要更多的安裝時(shí)間。

機(jī)械銑削夾頭通過多排滾針軸承提供強(qiáng)大的夾持力和高徑向剛性。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)重載銑削和快速換刀，但跳動(dòng)量可能大于夾套系統(tǒng)。機(jī)械夾頭的尺寸通常大于其他刀柄類型，這可能會(huì)限制刀具夠到某些零件特征。

與機(jī)械夾頭相比，使用油壓產(chǎn)生夾緊力的液壓夾頭具有更少的內(nèi)部構(gòu)件，因此外形相對(duì)更纖細(xì)。液壓夾頭的徑向跳動(dòng)較低，在高主軸轉(zhuǎn)速下可有效地進(jìn)行擴(kuò)孔、鉆孔和輕銑削，但對(duì)大徑向負(fù)載敏感。

主軸或錐形端決定了扭矩傳遞能力及刀具對(duì)中精度

與刀柄如何固定切削刀具同樣重要的，是如何將刀柄安裝到機(jī)床主軸上。傳統(tǒng) BT、DIN 和 CAT 刀柄錐度適用于較小的機(jī)床，但在高速加工方面可能會(huì)受到限制。與刀柄錐面和端面雙面接觸的型號(hào)可提供更高的剛性和精度，尤其是在大懸伸情況下。可靠傳遞更大的扭矩需要更大的錐度尺寸。例如，HSK-E32 刀柄不能在重載加工中替代 HSK-A125A。

刀柄錐度形式的選擇通常因地區(qū)而異。二十世紀(jì)九十年代中期，5 軸機(jī)床越來越受歡迎，HSK 正是在這期間開始在德國涌現(xiàn)。CAT 刀柄主要用于美國，而在亞洲，BT 刀柄非常受歡迎，并且經(jīng)常為錐面/端面雙面接觸的型號(hào)。

HSK 常用于 5 軸加工。PSC（多邊形夾緊系統(tǒng)：Capto）和 KM 連接主要用于多任務(wù)機(jī)床，采用 ISO 標(biāo)準(zhǔn)。KM 和 Capto 都是模塊化系統(tǒng)，允許通過組合接長桿或縮徑桿以裝配特定長度的刀具。隨著多任務(wù)機(jī)床越來越普遍，能夠在一次裝夾中實(shí)現(xiàn)車、銑、鉆等加工類型的刀柄越來越受歡迎。

總結(jié)

加工車間必須重視刀柄在加工系統(tǒng)中的重要性，并了解如何將正確的刀柄與特定機(jī)床、加工策略和工件正確匹配來提高生產(chǎn)率和降低成本。

未來的技術(shù)改進(jìn)將不再局限于刀柄本身。使用軟件和 RFID 標(biāo)簽進(jìn)行刀具管理是基于數(shù)據(jù)的制造的一個(gè)要素，并且正在變得越來越普遍。刀柄技術(shù)的進(jìn)步包括配備傳感器的刀柄，可實(shí)時(shí)監(jiān)控刀柄上的力。所收集的數(shù)據(jù)允許操作員在加工過程中對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，甚至可以通過與機(jī)器控制單元連接的人工智能 (AI) 自動(dòng)調(diào)整。這些技術(shù)和其他新技術(shù)將進(jìn)一步增加刀柄在加工工序中的生產(chǎn)貢獻(xiàn)值。

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