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高速切削机械刀片及其它有关因素

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高速切削的研究历史,可以追溯到二十世纪30年代由德国Carl Salomon博士首次提出的有关高速切削的概念。除了高速切削机理外,研究团队同步研究解决高速铣削中机床、机械刀片、工艺参数等多方面的应用解决方案,使高速铣削在加工机理尚未得到完全共识的情况下首先在铝合金加工和硬材料加工等领域得到应用,解决模具、汽车、航空等领域的加工需求,从而取得了巨大的经济效益。
从目前的试验看,随着切削速度的逐步提高,切削时的变形规律发生一些改变。切屑中的剪切变形逐渐加剧,剪切区的滑移逐渐加强,即使是塑性材料的切屑形态,也会组建逐渐从带状切屑转变为锯齿状切屑,进而有可能进一步转变为单元状切屑。
由于在高速切削的条件下切屑会由带状切屑转变为单元切屑,切屑与前刀面的摩擦将不再是切削力和切削热的主要来源之一;同样由于切削速度的提高,后刀面处工件材料的弹性变形也将由于变形速度逐渐跟不上切削速度而减少,后刀面的摩擦也因此而减少,从而对降低切削力和切削热产生有利的影响。因此在高速切削时,主要的切削热将由切屑导出,而工件和机械刀片的温升都非常小,高速切削也被成为冷态切削。
德国高速切削研究团队认为,高速切削的速度范围应该是传统切削速度的5-10倍。而实现高速切削可能涉及机床、机械刀片、工件、工艺参数等诸多方面的问题。本文将就高速切削的机械刀片及其它有关因素与机械刀片相关的若干方面介绍一些脉搏智造网自己的看法。
一、机械刀片与机床的接口

在传统的镗铣加工中,我们通常使用的是各种7:24的机械刀片接口。这些接口的主轴端面与机械刀片存在间隙,在主轴高速旋转和切削力的作用下,主轴的大端孔径膨胀,造成机械刀片轴向和径向定位精度下降。同时锥柄的轴向尺寸和重量都较大,不利于快速换刀和机床的小型化。
而高速加工我们通常会推荐一种新的被称为HSK的接口标准。HSK由德国阿亨大学机床研究所专门为高转速机床开发的新型刀-机接口,并形成了用于自动换刀和手动换刀、中心冷却和端面冷却、普通型和紧凑型等6种形式。HSK是一种小锥度(1:10)的空心短锥柄,使用时端面和锥面同时接触,从而形成高的接触刚性。经分析研究,尽管HSK连接在高速旋转时主轴也同样会扩张,但仍然能够保持良好的接触,转速对接口的连接刚性影响不大。
二、机械刀片的平衡
物理学的原理表明,旋转中的质点的离心力与质点的质量、质点与旋转轴的距离以及旋转的角速度(或者转速)的二次方成正比。也就是说,如果转速增加1倍,离心力将增大到原来的四倍。这就意味着在高的旋转速度下,机械刀片的加工精度和寿命都可能受到离心力的严重影响。
按照平衡理论,回转体的不平衡可以分为3种:
静不平衡:
静不平衡是只有一个不平衡质量且该不平衡质量位于两个支承的正中间,因此其在旋转中的离心力在两个支承上反力的大小和方向均相等。在切削加工中的短悬伸机械刀片(如盘类机械刀片可近似地认为只是静不平衡。
偶不平衡:
有两个不平衡质量,分布在对称于支承中点的180°位置,因此其在旋转中的离心力在两个支承上反力的大小相等方向却相反,形成的是一个力偶。
动不平衡:
有两个或两个以上的不平衡质量,分布不符合以上的规律,其在旋转中的离心力在两个支承上反力的大小和方向都不一样。可以这样认为,动不平衡是静不平衡和偶不平衡的叠加,杆类机械刀片大部分都是此类不平衡。
不平衡的消除有加重、去重和调整三类方法,机械刀片的出厂预平衡多采用钻孔去重的方法。即在经平衡机测量并计算得到的位置钻一个指定大小和深度的孔,以使机械刀片在该位置截面上得到静平衡,或者在两个位置上各钻一个孔以实现动平衡。可转位机械刀片由于更换刀片和配件后会产生新的微量不平衡,整体机械刀片在装入刀柄后也会在整体上形成某种微量不平衡,我们经常会使用调整法来去除不平衡量以达到平衡目的。调整法主要有三种方式:
平衡调整环:高速加工中安装整体机械刀片使用的刀柄主要采用这种方式,通常在刀柄上具有两个平衡调整环。通过分别旋转平衡调整环,可以产生一个合力和一个平衡力矩,从而实现动平衡。
平衡调整螺钉:盘类机械刀片可以采用这种方式。这种方法通常通过在一个(或两个)截面内对两个螺钉进行径向移动来改变该截面内的质心位置,从而达到平衡调整的目的。
平衡调整块:大尺寸的单刃机械刀片(如单刃镗刀)通常会设置一个平衡调整块。该调整块与单刃刀头处于同一截面,径向可以移动。通过该调整块的移动来达到平衡。


1楼2017-03-23 15:43回复