开发新型刀具推动现代切削技术进步(2)
2.多功能刀具与特殊结构的刀具相继面世

  利用数控机床的柔性和多功能刀具发展组合加工是当前切削加工的一个显着特点。

  日本三菱公司开发的OCTACOT多功能铣刀可安装八角形刀片或圆刀片,在加工中心上完成铣平面、沟槽、台阶、倒角、轮廓加工和斜面等多种加工。

  此外,还可采用一些特殊结构的刀具,如热管刀具和带高压内冷却通道刀具等来降低切削区温度,提高刀具使用寿命。

  热管式车刀与热管式面铣刀也别具特色,它们的结构与普通外圆车刀和硬质合金面铣刀基本相同,所不同的是在车刀刀柄或铣刀的单个刀齿内部制成了热管。

  热管刀具是一种自冷却刀具,它可大大降低切削温度(热管的热导率要比相当的银、铜棒高几百倍),提高冷却效果,故无需再从外部浇注切削液,尤其适於在数控机床、加工中心和自动生产线上应用。

  刀具冷却通道的设计也是高速加工刀具结构设计的重要问题。因高速加工时会产生大量热量,而刀具材料的耐热性是有限的,因此采用高压冷却液并通过刀具的供液(油)通道输送到切削区,冷却润滑刀具的切削部位,是提高刀具寿命及其可靠性的有效途径。近几年来,带内冷却供液(油)通道的刀具已从深孔加工刀具扩展到普通浅孔钻、铰刀和立铣刀等产品上。

  例如,Seco刀具公司推出的可更换硬质合金头部的钻头(头部有三种钻型:P型牌号的头部适於切钢,K型适於切铸铁和铝件,M型适於加工高强度钢和耐腐蚀钢)。日本使用的TiN涂层硬质合金单刃铰刀(切削速度高达150-400m/min),它们都是有内冷却供液孔的,并且规格越来越小。据报道,日本三菱公司采用特殊工艺制作的带油孔的MZS硬质合金小钻头,其直径可小到3-4.5mm,油孔直径为0.4-0.6mm。即使切削条件很差的切断刀,目前也有采用这种冷却方法的。供液方式可通过机床主轴或刀夹来实现。

  对刀具装夹的要求

  高速加工条件下,刀具与机床联接界面的结构非常重要,刀具的装夹要牢靠,工具系统应有足够的整体刚性,切削头须能快换。回转刀具的装夹结构除应满足一般切削要求之外(如力和转矩的传递),还应具有高的定位精度和联接刚性,并尽量减小径向尺寸和质量。

  因此,对直线运动刀具,须使用杠杆式和上压式相结合的高刚性夹紧机构。对回转的带柄刀具,不能采用弹簧夹头和螺钉等传统的刀具装夹方法,须用高精度的液压夹头(如德国开发的1:10短锥空心锥柄自动快换夹头)、热缩夹头、三棱静压夹头、内装动平衡机构的刀柄、转矩监控夹头等新品。目前,各种夹头已成为专业化工具厂生产高速切削刀具的配套产品。

  例如Sandvik公司的CoroGrip夹头、日本NT公司的热缩夹头(适用转速可达70000r/min)和“零跳动夹头”(刀具的径向圆跳动≤2?m),以及CT?

  V-G铣刀夹头({zg}转速可达30000r/min)等都是与刀具配套供应的。

  该夹头在自由状态下其内孔为三棱形,三棱的内切圆直径小於要装夹的刀柄直径,利用一个液压加力装置,对夹头施加外力,使夹头变形,内孔变为圆孔,孔径略大於刀柄直径,此时插入刀柄,然後卸掉所加外力,内孔重新收缩成三棱形,对刀柄实行三点夹紧。此夹头结构紧凑、对称、精度高,与热缩夹头比较,刀具装卸简单,其加力装置也比加热冷却装置简单。

  为保证高速精密切削时的加工精度和可靠性,刀具装夹到机床主轴上之前须先进行动平衡,以确保加工系统的安全性。Epb公司推出了一种内装动平衡机构的工具系统刀柄,可通过转动补偿环移动内部配重,补偿刀具的不平衡量,而补偿环上的刻度可指示调节量。



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