高速加工刀具系统优化

高速加工的工具系统是由装夹刀柄与切削刀具组成的完整刀具体系,如图3-1所示。工具系统的装夹刀柄与机床接口相配,切削刀具直接加工被加工零件。在主轴转速大幅度提高后,高速加工对整个刀具系统提出了更高的要求,不仅要求切削刀具具有很高的刚性、安全性、柔性、动平衡特性和操作方便性,而且对刀具系统与机床接口的连接刚度、精度以及刀柄对刀具的夹持力与夹持精度等都提出了很高的要求。传统刀具系统已不能满足高速加工的需要,因而必须研究开发适宜高速加工的刀具系统。

图3-1 刀具系统

高速加工的刀具系统必须满足以下要求:

1.刀具结构的高安全性

作为应用于高速加工的刀具系统,其结构必须具有很高的安全性,以防止刀具在高速回转时刀片飞出,并保证旋转刀片在2倍于最高转速时不破裂。

2.高系统精度

系统精度包括刀具本身的精度、系统定位夹持精度和刀具重复定位精度,以及良好的精度保持性。只有具备很高精度的刀具系统,才能保证高速加工整个系统的静态和动态稳定性,从而满足高速、高精加工工件的要求。

3.高系统刚性

刀具系统的静、动刚性是影响加工精度及切削性能的重要因素。刀具系统刚性不足将导致刀具系统振动或倾斜,使加工精度和加工效率降低。同时,系统振动又会使刀具磨损加剧,降低刀具和机床的使用寿命。

4.刀具系统优异的动平衡性(www.xing528.com)

高速加工的刀具系统的动平衡性能是至关重要的。由理论力学知识可知,离心力F=mrw²(m为运动体质量(kg),r为转速(r/min),w为动平衡性能),当刀具系统动平衡性能较差时,高速旋转的刀具会产生很大的离心力,从而引起刀杆弯曲并产生振动,其结果将使被加工零件质量降低,甚至导致刀具损坏。

5.高耐用性

高速切削一般在数控机床或加工中心上进行,要求刀具材料必须十分可靠,否则,将会增加换刀时间,降低生产率,使高速加工失去了意义;另外,刀具可靠性差还将产生废品,损坏机床与设备,甚至造成人员伤亡。高速加工时切削温度很高,因此,要求刀具材料熔点高、氧化温度高、耐热性好、抗热冲击性能强,且具有很高的高温力学性能,如高温强度、高温硬度、高温韧性等。

6.高互换性

对模块式刀具系统而言,需要刀具系统具有更高的灵活性,以便通过调整或组装,迅速适应不同零件的加工需要。此外,刀具与机床的接口应采用相同的刀柄系统,以减少不必要的库存。

7.高效性

刀具系统必须具备高质量、高使用寿命的刀具,以满足高速、高效加工工件的要求。

8.高适应性

刀具系统应具有加工多种硬度材质的能力,以满足高速加工各种工件的要求。