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尚亚:WTE公司的先进刀柄和特点
来源:尚亚国际贸易有限公司 作者:章宗城 浏览次数:0
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        金属加工企业为了在加工过程中提高效率,更有效地利用能源,节省能源,降低成本。他们努力地采用了高速切削,增大单位时间切除率,用最小油量润滑切削,甚至干式切削等。当然必须同时达到高的加工精度,加工可靠性。为此不应仅考虑机床与刀具的选择问题,也应该考虑优化作为联结环节的夹紧系统。

  机械加工实质是刀具和工件在作相对运动中,刀具切削工件达到符合质量要求的零件的方法和过程。要切削就要耗费动力,产生切削力、热等。因此,为始终保持刀具和工件正确的相对位置作正确的相对运动,工件应被夹具正确地定位夹紧,刀具应被刀柄正确地定位夹紧。机床上就应有这两个夹紧系统。工件形状各种各样,夹具设计就必须复杂多样,就形成一个专业的夹具设计制造部门,过去高校还开专门的夹具设计课程。刀具柄部多为圆柱形、圆锥形,方形等相对比较简单,刀柄设计,过去不及夹具设计那么突出。可是近来不一样了,随着加工质量和加工效率要求不断提高,现代先进机床的不断涌现,刀具的速度和负荷越来越高、智能化、多轴和复合加工中心,自动换刀系统等普遍运用,对刀柄不断提出了各种各样新的要求;如;(1)要求刀柄带动刀具的回转速度,回转精度不断提高,回转精度即夹持刀具的振摆(跳动)量要求越来越小,甚至小于等3μ。刀具安装重复精度也要求高,以保证总体高且稳定的加工质量。

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图1 WTE 的热装刀柄和VOLUME 型热装刀柄

  (2)刀柄刚性,平衡性也随回转速度,精度不断提高,要求越来越高,必须防止振动,一旦发生振动,应能很快衰减,即阻尼性能也要好。(3)随着难加工材料不断出现,如耐热合金,钛合金,复合材料等,刀柄应能承受更高的切削载荷和扭矩,故要求刀柄对刀具的夹持力增大,自身的强度增大,以胜任高效大负载,高扭矩的工作,高效加工时,切削用量大,切削温度高,要求刀柄材料的热稳定性也要好。(4)在以上严酷的切削条件下,需要它具有良好的冷却系统和冷却能力,冷却液直接能从刀柄的前端以最佳的状态喷出,以及时降低切削温度,保证它在较良好的条件下,长期持续地工作。(5)五轴加工中心,复合加工中心要求刀柄活动范围大且灵活,刀柄带动刀具能作多种动作,加工轨迹更加复杂。使过去的很多工序能在一个工位上完成,此时需将刀柄做得细长,以避免干涉,顺利进入加工区域,完成加工。(6)安装调节使用,应该方便安全,易达到定位夹紧安装质量。为达到以上要求刀柄夹持方法和结构必须创新发展。相对刀柄,在先进加工中心上,夹具夹持工件则常是不动或运动较慢,因此刀柄和刀具的夹紧系统在现代变得格外突出了。

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图2 抗振型热装刀柄

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图3 WTE 的各种液压刀柄

  加工中心上刀柄主要夹持使用钻头,立铣刀,铰刀,锪钻等。这几部分关系特别密切。德国的三家公司BMW 即BECK( 生产铰刀, 锪钻等)MILLER( 生产钻头, 立铣刀等) 和WTE(生产各种刀柄)为适应加工中新的趋势和特点,组成了TTP(工具- 行业- 伙伴)共同体。并加入了MAPAL切削工具技术贸易集团,他们对相关的设计生产技术贸易共同协商,通力地进行合作。有力地促进了共同事业的发展。其中WTE 公司主要研究开发夹紧技术和各种刀柄,在开发创新上,取得了许多巨大的成就。本文将主要介绍他的先进产品。

  最初,侧固式弹性筒夹式刀柄用得较多。 液压刀柄和热装刀柄则在当前先进机械加工企业中用得最广,后二者都具有无可争辩的优点,但也有若干明显的不足。热装刀柄可产生很大的摩擦力,保证传递大的扭矩,振摆精度高,径向刚度高,可以做得很细长,不易与外界干涉,能灵活动作,加工范围广,但抗振阻尼性能差,刀具交换要花费很多时间,需要昂贵的加热安装设备,且操作中有火灾隐患,有有害气体。当切削温度过高时,夹持力就会下降。液压刀柄尽管在价格上有优势,但也只适在较低温度条件下使用,不能超过一定的温度范围(80º)。液压刀柄的优点是易操作,重复安装精度高,阻尼效果良好。

  热装刀柄方法是将刀柄加热使孔胀大即装入刀具,冷却后孔收缩而夹紧刀具。WTE 热装刀柄除具一般热装刀柄优点外,其特点①尚具有附加调节平衡的螺丝,平衡性好,可达G2.5×25000rpm, ② 采用DIN12343标准的耐热工具钢,适应所有加热设备。③带有长度调节螺钉,螺钉中间有孔,可通冷却液。也可由侧面供应冷却液。④特别需要抗振性能力强时,WTE 公司专门设计的Volume Chuck型(图2),结构粗壮抗振,也使它的阻尼性能大幅度提高。与同行的竞争中得以胜出。

  液压刀柄是利用油压使装刀具柄部的内套发生弹性变形,而夹紧刀具。WTE 的液压刀柄质量高, 可夹持硬质合金的HA,HE,HB 型的圆柱柄,DIN1835A,B 标准的高速钢圆柱柄。用内套和变径套可夹紧多种刀具柄部,内套和变径套上开了槽,可使夹紧更安全,例如;夹持直径20 毫米刀具,无槽可传动扭矩为80-90Nm, 而有槽的可传递扭矩达260-320Nm。其可调型液压刀柄,径向调节范围为10 毫米,可用手动扳手调节。专门设计的超短型液压刀柄伸出部仅24.5 毫米,夹紧后可才传递扭矩达330Nm,夹持长度也可调。并开发了能用于圆锥部分和端面两面定位的BBT 刀柄,使安装的刚性大幅度提高。为了改善角度误差和振摆误差,刀柄上还有精确的调整附件,这很有利于在使用特殊高效刀具和伸出较长等情况时,提高加工形状和位置精度,同时提高刀具寿命。其中μ 级精度的调整机构,更能补偿径向、角向、多方向的振摆,使加工质量进一步提高。WTE 又开发了杰出的Comp-R 型产品,它的特点是可以补偿加压螺杆的误差,调节范围0.000-0.010。且有自锁功能,保证加工中的安全。图3 刀柄中上部是楔形自锁块。

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图4 WTE 的 Comp-R 型自锁液压刀柄

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图5 各种高效HPH 刀柄

  得益于制造方法的改进,WTE公司利用最新开发的3 维打印技术(3DPrinting) 或称增材制造(Additive Manufacturing,AM), 即利用离散堆积原理,采用激光熔敷烧结方法,由刀柄三维数据驱动直接制造刀柄,也就是把三维的复杂结构先简化为许多二维简单的形状,即先进行横截面的制造,从而累积形成几何形状结构可以非常复杂的任何构件。因采用了耐高温的熔敷烧结材料,设计了特殊的液压油腔,原来液压内壁的内胀套是钎焊在刀柄体上,打印的方法可以一次做出来,避免了钎焊焊缝形成的薄弱环节,就有条件增大油压,增加夹持力和传递扭矩。另一方面,高负荷切削时,工作温度提高,液压油的膨胀系数远大于钢,无疑会增大液压,加大夹持力,但钎焊部分这个薄弱环节会限制使用温度。目前WTE 公司用新法制造的刀柄,消除了这个薄弱环节,既能达到高的夹持力,还能在高达170º 的温度的严酷条件下工作,从而开发出能集多种优点在一身的HPH(High Performance Holder)高效刀柄。这种刀柄综合了液压刀柄的阻尼性能良好,操作简单的优点又具备热装刀柄能传递大的转矩,振摆精度高(<3μm)的优点, 还能使用MQL 微量润滑。HPH 刀柄还是一个多面手,在加工过程中通用性好,应用范围广,如可高效高速用于重载粗加工,铣削,螺纹铣削,钻削,铰削,对淬硬材料加工,余摆线铣削,干式加工等。还具有节能,保护资源。从而可从多方面增加用户在机械加工中的效益。图5 中可见左侧的几种外形同液压刀柄,右侧的外形竟可以同细长形的热装刀柄一致(锥度为3º)。

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图6 HPH 高效刀柄

        图6 是HPH 高效刀柄与一般液压刀柄和热装刀柄的比较,可知它可传递的扭矩是一般液压刀柄的2 倍,故也曾称它为高扭矩刀柄(HTC)其抗弯刚是一般热装刀柄的1.4 倍。
  
  WTE 也生产广用在普通机床上使用的钻夹头,与一般产品相比较,他们的精密钻夹头有三个特点,①夹钳用小锥齿轮和蜗轮蜗杆传动,②在抵抗大轴向力采用特殊的轴承,提高了刚性和稳定性。③在冷却系统方面,还支持带内冷却孔钻头加工。一般钻夹头振摆精度小于50μ,转速为5000 到7000rpm。WTE 的精密钻夹头振摆精度小于20μ最高转速达35000rpm. 平衡质量达G6.3×35000

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图7 HPH 刀柄的优点

  WTE 还有一种微型(MICRO)夹头, 它的最小可夹持直径为0.2mm转速达60000rpm. 实验转速可达12000rpm. 整个夹头精密的地被平衡。

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图8 MICRO 微型夹头

  中间还有油孔,径向可调。是世界上最小的夹头,在医药,电子,钟表业,解决许多加工中问题,而受到广泛欢迎。
 


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