在高速銑削加工模具中,刀具技術(shù)最關(guān)鍵,而且涉及面多,主要體現(xiàn)在刀具材料及幾何參數(shù)選擇、刀具的損壞與檢測、刀具與機床的連接技術(shù)、刀具的安全性等問題上。
在高速切削條件下,刀具與機床的連接系統(tǒng)是影響加工精度和刀具安全性的重要方面,傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)7:24錐度實心長刀柄結(jié)構(gòu)已不能滿足高速切削的要求,必須研制和開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)的刀柄來連接刀具與機床。高速切削條件下,要求刀具系統(tǒng)(刀具、夾頭和刀柄)具有以下特點:
(1)較高的刀具系統(tǒng)精度
刀具系統(tǒng)精度包括系統(tǒng)定位夾持精度和刀具重復(fù)定位精度,前者指刀具與刀柄、刀柄與機床主軸的連接精度;后者指每次換刀后刀具系統(tǒng)精度一致性。刀具系統(tǒng)具有較高的系統(tǒng)精度,才能保證高速加工條件下刀具系統(tǒng)應(yīng)有的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性。
(2)較高的刀具系統(tǒng)剛性
刀具系統(tǒng)的靜、動剛性是影響加工精度及切削性能的重要因素。刀具系統(tǒng)剛性不足會導(dǎo)致刀具系統(tǒng)振動,從而降低加工精度,并加劇刀具的磨損,降低刀具的使用壽命。
(3)較好的動平衡性
高速加工條件下,微小質(zhì)量的不平衡都會造成巨大的離心力,引起機床和加工過程的急劇振動。因此,高速刀具系統(tǒng)的動平衡非常重要。
為了適應(yīng)高速切削加工對刀具系統(tǒng)的要求,近十多年來,各工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼研制開發(fā)了多種新型結(jié)構(gòu)的刀柄。目前最具有代表性的是德國的HSK刀柄、美國的KM刀柄以及日本的BIG—PLUS刀柄。
HSK刀柄由錐面和法蘭端面完成徑向和軸向雙面定位,實現(xiàn)與主軸的剛性連接。當(dāng)?shù)侗跈C床主軸上安裝時,錐度為1:10的空心短錐柄與主軸錐孔完全接觸,起到定心作用,實現(xiàn)刀具與主軸間的同軸度。此時,HSK刀柄法蘭盤與主軸端面間還存在著約0.1mm的間隙。在拉緊機構(gòu)作用下,拉桿向左移動使其前端錐面將彈性夾爪徑向脹開,同時夾爪的外錐面作用在空心短錐柄內(nèi)孔的30°錐面上,空心短錐柄產(chǎn)生彈性變形,并使其端面與主軸端面靠緊,實現(xiàn)了刀柄與主軸錐面和主軸端面同時定位和夾緊的功能。
KM刀柄是與HSK刀柄并存的1:10短錐空心刀柄,錐柄長度僅為標(biāo)準(zhǔn)7:24錐度實心長刀柄的1/3。由于配合錐度較短,部分解決了端面與錐面同時定位而產(chǎn)生的干涉問題。另一方面,KM刀柄與主軸錐孔間的配合過盈量較高,可達(dá)HSK刀柄結(jié)構(gòu)的2~5倍,連接剛度比HSK刀柄高。同時,與其它類型的空心錐柄連接相比,相同法蘭外徑采用的錐柄直徑較小,因而主軸錐孔在高速旋轉(zhuǎn)時擴(kuò)張小,高速性能好。
通過對刀具材料及幾何參數(shù)、刀具損壞與檢測、刀具與機床的連接技術(shù)、刀具安全性四個方面分析了高速銑削淬硬模具時對刀具的要求,只有解決好高速銑削刀具這些問題,才有利于模具高速銑削加工技術(shù)的推廣應(yīng)用。