各類(lèi)刀柄的優(yōu)缺點(diǎn)解析

如同采用刀具對(duì)工件進(jìn)行個(gè)性化加工一樣，對(duì)合適的刀柄的選擇也是各有各的*性。采用8mm整體硬質(zhì)合金的立銑刀所進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)可以顯示出刀柄的優(yōu)缺點(diǎn)。

Fritz Weg公司與Dillenburg職業(yè)學(xué)校及Giessenfriedberg專(zhuān)科大學(xué)合作，對(duì)六件刀柄進(jìn)行詳細(xì)的監(jiān)測(cè)和審核。在各種不同的測(cè)試和銑削試驗(yàn)中，獲得了一些意外的結(jié)論。為此，從刀具/模具制造的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性角度，對(duì)這些結(jié)論進(jìn)行了分析。按照DIN 69871 SK40對(duì)如下刀柄系統(tǒng)進(jìn)行了研究：

· 標(biāo)準(zhǔn)型夾鉗鉗卡盤(pán)；

· 高精型夾鉗卡盤(pán)；

· Powergrip夾頭卡盤(pán)；

· 液壓膨脹卡盤(pán)；

· Polygon卡盤(pán)；

· 收縮卡盤(pán)。

各種試驗(yàn)在Bridgeport VMC 600/22/TNC426P立式加工中心上進(jìn)行。所使用的是兩個(gè)直徑為8mm四刃整體硬質(zhì)合金銑刀和ISO公差等級(jí)為h5的圓柱形刀柄：

LMT-Fette公司的63mm長(zhǎng)DHC Inox 1525C型立銑刀，刀刃長(zhǎng)度為19mm，扭轉(zhuǎn)角度為41；

Seco-Jabro公司的91L080型立銑刀，100mm長(zhǎng)，刀刃長(zhǎng)度為40mm，扭轉(zhuǎn)角度為30°。

對(duì)于在模具和成型制造中應(yīng)用的建議

銑削試驗(yàn)采用兩種各出自一批的材料進(jìn)行。一種材料為C45 W/U（1.1730），另一種為40CrMnMoS8-6（1.2312）。根據(jù)對(duì)彎曲強(qiáng)度、極限切削深度、同心狀態(tài)、維持力矩、形位公差和表面質(zhì)量等所進(jìn)行的加權(quán)分析所得出的結(jié)果，可以對(duì)刀柄在模具和成型制造上的應(yīng)用范圍作如下建議。

標(biāo)準(zhǔn)型夾鉗卡盤(pán)是一種適用于中等質(zhì)量要求的容易和中等難度切削作業(yè)的通用型卡盤(pán)。在投入使用整體硬質(zhì)合金刀具時(shí)，相當(dāng)高的10μm偏心量對(duì)刀具使用壽命和刀刃邊緣爆裂帶來(lái)較大的影響（圖1）。

圖1 刀柄偏轉(zhuǎn)與徑向力的關(guān)系

夾鉗卡盤(pán)以其良好的同心度，可以對(duì)刀具和心軸支撐元件進(jìn)行很好的保護(hù)。8mm直徑的夾具具備了很高的徑向剛性和70N·m以上的夾持力矩，因此可以允許刀具達(dá)到較大的外探幅度和較大的直徑。這是一種費(fèi)用較低的通用型卡盤(pán)。而在模具制造中，由于強(qiáng)化型卡盤(pán)本體的外形輪廓比較復(fù)雜，因此，需要注意到外形輪廓干涉問(wèn)題。

Powergrip強(qiáng)力夾持系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于它具有很高的夾持力，在其抗振動(dòng)阻尼特性的配合下，這種系統(tǒng)可以允許達(dá)到很大的切削深度（圖2）。尤其當(dāng)?shù)毒咄馓椒容^大時(shí)，采用該夾持系統(tǒng)可以達(dá)到很好的制造質(zhì)量。這種系統(tǒng)（夾持單元大約為6700歐元）的價(jià)格比較高，必要的外圍設(shè)備尤為如此；但是，如果切削作業(yè)的難度為中等以上，且在粗加工階段就對(duì)制造質(zhì)量要求較高的話(huà)，那么這種投資也是值得的。其在精加工范圍內(nèi)的可使用性可以視各具體情況再作評(píng)判。

圖2 夾持直徑為6mm時(shí)的維持力矩

通過(guò)采用液力介質(zhì)的張緊方式，液壓膨脹卡盤(pán)只有在遇到極大的夾持?jǐn)嗝鏁r(shí)，才會(huì)出現(xiàn)顫振現(xiàn)象。但從形位公差角度上說(shuō)，應(yīng)該避免大的交互力的影響。液力膨脹卡盤(pán)的強(qiáng)項(xiàng)在于在切削深度小和精加工時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的質(zhì)量（圖3）。

圖3 粗糙度Rz與銑刀加工的關(guān)系

Polygon卡盤(pán)具有良好的徑向剛性

Polygong卡盤(pán)是一種免維護(hù)的卡盤(pán)系統(tǒng)。因?yàn)槠湓煨徒Y(jié)實(shí)、徑向剛性好（10N徑向載荷時(shí)為7μm，3×D），因此可以有效利用延長(zhǎng)件對(duì)較深的輪廓進(jìn)行加工。雖然卡盤(pán)的同心度令人滿(mǎn)意，但是仍會(huì)帶來(lái)額定尺寸上的偏差。在采用中等軸向進(jìn)刀時(shí)，Polygong卡盤(pán)的應(yīng)用領(lǐng)域便是對(duì)較深輪廓的加工。其結(jié)果是可以達(dá)到良好的切削深度和較小的工件尺寸精度公差（圖4）。

圖4 銑刀的平均尺寸誤差

機(jī)械性能不敏感的密閉式收縮夾持系統(tǒng)因其較高的外圍設(shè)備成本投入（約6600歐元）特別適用于批量生產(chǎn)場(chǎng)合。通過(guò)銑刀與刀柄的均勻結(jié)合，即使是在采用延長(zhǎng)件的情況下，也可實(shí)現(xiàn)良好的徑向剛性（10N徑向載荷時(shí)<6μm，3×D）和*的同圓性。由于系統(tǒng)缺少振動(dòng)阻尼特性，因此在切削深度不大的情況下，系統(tǒng)就已經(jīng)顯露顫振現(xiàn)象和不良的表面質(zhì)量系數(shù)（圖5）。

圖5 可實(shí)現(xiàn)的無(wú)振顫軸向極限切削深度

對(duì)刀具夾持系統(tǒng)的選擇終要依據(jù)各種不同的要求來(lái)作出。一種刀柄系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性如何，并非取決于投資費(fèi)用，而是取決于質(zhì)量要求和用戶(hù)的使用場(chǎng)合。需要注意的是，刀柄在切削作業(yè)中構(gòu)成了設(shè)備與刀具之間的關(guān)鍵性界面。