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車床CAPTO刀柄的開發(fā)與應(yīng)用
日期：2009年11月10 來源：沈陽第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：車床
Sandvik公司生產(chǎn)的CAPTO刀柄呈錐形三角體結(jié)構(gòu)。這種刀柄不是圓錐體，而是三角體錐，具棱邊為圓弧形，是錐度為1：20的空心短錐結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)錐面與端面同時(shí)接觸定位。錐形多角體結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向都無滑動(dòng)的轉(zhuǎn)矩傳遞，不再需要傳動(dòng)鍵，消除了因傳動(dòng)鍵和鍵槽引起的動(dòng)平衡問題。三棱錐的表面大，使刀具表面壓力低、不易變形、磨損小，因而具有始終如一的位置精度。但錐形三角體，特別是主軸錐形三角體孔的加工難度人、成本高，且與現(xiàn)有刀柄不兼容，配合時(shí)會(huì)自鎖。
Sandvik公司以這種預(yù)張緊和精磨削的錐形三角體形成個(gè)多用途、快速模塊式刀具系統(tǒng)--CoromantCapto。它是一種午削、銑削和鉆削加丁都能應(yīng)用的刀具系統(tǒng)，是解決高速切車床削刀具接u技術(shù)的優(yōu)秀的方案。目前，CoromantCapto丁具系統(tǒng)已被世界許多廠家采用�，F(xiàn)在擁有VDI圓柱形刀柄、莫氏錐度MASBT柄等錐形刀柄和以HSK為代表的兩面定位夾緊刀柄等，其刷十規(guī)格比較齊全。這些刀柄有以／特點(diǎn)：夾緊剛性高，夾緊精度高且穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，操作性好，通用性強(qiáng)。這些性能對(duì)刀柄的功能有極大的影響，是決定刀柄質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)。
CoromantCapto下具系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
(1)獨(dú)特的兩面定位夾緊連接結(jié)構(gòu)。該連接結(jié)構(gòu)是一種高精度多面體，采用1：20錐度兩曲定位夾緊的連接結(jié)構(gòu)。兒乎所有傳統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：切削扭矩的傳遞通常都是使用傳動(dòng)鍵來傳遞，因此在傳動(dòng)鍵上會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，這會(huì)導(dǎo)致夾緊剛性、使用壽命有降低：此外，還會(huì)產(chǎn)牛由傳動(dòng)鍵帶來的相位誤差(特別是在車削加工的中心高方面更為顯著)，這將導(dǎo)致精度下降。而Coromant Capto工具系統(tǒng)則克服了上述缺點(diǎn)，因這種系統(tǒng)設(shè)訓(xùn)成多面體形狀，沒有傳動(dòng)鍵，切削扭矩呈均勻分布，從而提高了扭轉(zhuǎn)剛性，也沒有相位誤差，臼鎖山比其他結(jié)構(gòu)的車床自鎖力大得多，可靠性更高。
(2)連接精度高。連接結(jié)構(gòu)在x＼r、Z方向的重復(fù)精度為i2甲，端跳精度為3~m。
⑶操作性好、通用性強(qiáng)。將機(jī)床和加工相組合為5個(gè)規(guī)格的刀柄，這些刀柄L都有能自動(dòng)對(duì)應(yīng)的ATC用抓取槽，并可實(shí)現(xiàn)切削液的內(nèi)部供給。
(4)夾緊機(jī)制：對(duì)手I：交換／J具而言，操作簡(jiǎn)便至關(guān)重要。采用扇形塊和拉桿能以流暢的動(dòng)們：進(jìn)行災(zāi)緊：為了解除自鎖，用拉桿擠壓刀具可以松開災(zāi)緊件。t螺釘式拉桿：用后部螺釗拉進(jìn)拉桿，通過扇形塊夾緊刀具。用六角扳手將螺釗擰約半圈就能簡(jiǎn)便地進(jìn)行裝卸。
凸輪軸式拉桿： 與前述相同，通過扇形塊災(zāi)緊刀具，但采用的是凸輪軸機(jī)構(gòu)。用六角扳手將螺釘擰約半圈即可簡(jiǎn)便地完成裝卸。t中心螺釘式夾緊：刁；使用拉桿，直接用后部螺釘夾車床緊刀具。因此減少了零件，使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化。這種夾緊方式主要用在災(zāi)緊回轉(zhuǎn)刀具的川柄上。t液玨式夾緊：使用扇形塊和拉桿，靠液壓進(jìn)行夾緊，直接裝夾在車床的刀架上并能自動(dòng)匹配。
(5)技術(shù)數(shù)據(jù)。
●夾緊剛性：將CoromantCapto刀枘與HSK兩面定位央緊刀柄的夾緊剛性作比較可知，車削加工的切削扭矩產(chǎn)生的刀尖位移量：當(dāng)CoromamCapto刀柄承受的最大主切削分力為17kN(切深5mm，進(jìn)給量1．6mm／r)時(shí)，其位移量為O．1mm，其夾緊剛性是HSK刀柄的4倍，這是由于采用無傳動(dòng)鍵的多面體形狀設(shè)計(jì)使應(yīng)力均勻分布在整個(gè)刀柄上，從而提高了扭轉(zhuǎn)剛度。銑削加工進(jìn)給切削分力使川尖產(chǎn)生的位移量為：當(dāng)最大土切削分力為17kN時(shí)，位移量為O．1mm，是HSK刀柄刀尖位移量的1／3左右。同樣是兩面定位夾緊刀柄，1：20錐度所產(chǎn)生的臼車床鎖具有更奸的抗彎強(qiáng)度。
●夾持精度：由于CoromantCapto刀柄采用無鍵多面體形狀，所以夾持精度較高。
●耐用度：CommantCapto刀柄在車削加工巾，經(jīng)過200萬次夾緊，沒有出現(xiàn)應(yīng)力集巾的現(xiàn)象，使用穩(wěn)定可靠，耐用度高。
●高轉(zhuǎn)速：由于CoromantCapto刀柄沒有傳動(dòng)鍵，承受高轉(zhuǎn)速的能力優(yōu)于其他類型的刀柄。各種規(guī)格刀柄的最高使用轉(zhuǎn)速為：C3--55 000r／rain，C4 39 000r／min，C5—28000r／min，C6~0000r／min，C8--14000r／min。
6，其他在高速高精度加工十，過去—•直采用BT央緊方式， 與之相比較，曲面夾緊力式的優(yōu)越性已被廣泛理解和認(rèn)同。不過，從用戶角度來看，在I具系統(tǒng)的互換性和發(fā)揮投資效益方面，仍然存在—•些不足之處。因此，生產(chǎn)／家針對(duì)廣大用戶的實(shí)際需要，正在積極進(jìn)行兩向夾緊車床式工具系統(tǒng)系列產(chǎn)品的開發(fā)丁作。例如，黑Rl轄上公司已開發(fā)出一種新刑兩面夾緊式／J柄，商品名為Su~rBT丁具系統(tǒng)如圖7-17所示，特點(diǎn)是刀柄的7：24錐部和濁蘭端面與機(jī)床主軸7：24錐部端面同時(shí)接觸，從兩面將刀具夾緊。莊系統(tǒng)采用開放化標(biāo)準(zhǔn)，并力爭(zhēng)使之成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。采用Su~rBT標(biāo)準(zhǔn)主軸的機(jī)床均町配置SuperBT丁具系統(tǒng)，而且這種系統(tǒng)和原JISBT夾緊刀柄具有互換性，供貨渠道也較廣。
工具系統(tǒng)重要的技術(shù)指標(biāo)是其回轉(zhuǎn)的振擺精度。配備振動(dòng)小的丁具系統(tǒng)，不僅能用球頭立銑刀切削出高精度的加工表面，而日‘適用于微細(xì)加丁、模具高精度加工和電子零件加上。目前，已開發(fā)出一些高精度丁具系統(tǒng)，如采用熱裝式夾緊機(jī)構(gòu)，以及利用彈簧夾緊刀具町簡(jiǎn)便地調(diào)控刃尖振擺精度的刀柄等。
門本日研工作所還開發(fā)出彳十精密丁具系統(tǒng)，振撂精度可調(diào)車床至0,001～0．002mm，使其能與機(jī)床主軸緊密連接。NT TOOL公司開發(fā)—‘種R-Zero系統(tǒng)，其特點(diǎn)是用微調(diào)扳手調(diào)整回轉(zhuǎn)環(huán)，刃尖振捏精度小于2gm。MST公司開發(fā)出帶有多孔夾頭的PPA工具系統(tǒng)，這是一種配有彈簧夾頭的{-具系統(tǒng)，主要用來夾持柄部直徑為03—3．0mm的小直徑刀具。由于采用高速傳動(dòng)方式，振擺精度屢小可控制在3／am以下，員大轉(zhuǎn)速可達(dá)50000r／min。
在高速切削和高效率加丁方面，要求工具系統(tǒng)必須具備下列特點(diǎn)：徑向振擺精度良好，同時(shí)具有很高的夾持力和剛性。YUKIWA精丁公司開發(fā)出一種名為“Super超級(jí)Gl型夾持系統(tǒng)”，彈簧夾頭從本體的伸出長(zhǎng)度大幅度縮短，本體夾頭插入部的厚度較大，因此，具有很高的剛性。另外，對(duì)于刀柄本體、鎖緊螺母、彈簧夾頭的精度誤差要求極為嚴(yán)格，系統(tǒng)的綜合徑向振擺精度達(dá)5／un，其標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品可在轉(zhuǎn)速25000r／min條件車床下使用。
為了進(jìn)行可靠的高效率加工，在重視刀機(jī)接口的同時(shí)，還必須重視刀具的夾緊方式。在立銑加工中，通常出現(xiàn)的刀具滑動(dòng)、脫落及產(chǎn)生振動(dòng)等問題，取決于是否能將刀具牢固而可靠地夾緊。
日本NTTOOL公司開發(fā)出—種銑削用的新型工具系統(tǒng)CT／S，其夾頭采用滾柱鎖緊方式，央頭內(nèi)側(cè)不是傳統(tǒng)的槽形，而是一種特殊形狀，其夾頭端口帶有深槽．使夾頭端口具有很強(qiáng)的夾持力，即使刀柄細(xì)長(zhǎng)，采用CT／S系統(tǒng)后，也可進(jìn)行強(qiáng)力切削加�。�。值得注意的是，該夾頭中部設(shè)計(jì)有一個(gè)T形槽，這是—個(gè)沿夾頭內(nèi)圓衽向的非貫通槽，其作用是使刀具在卸除方向仍具有很強(qiáng)的央緊力。
近年來，高速銑削加工中心已大量采用熱裝式工具系統(tǒng)，其刀柄的外徑很小，因此與工件的貼近性能優(yōu)異，盡管刀具的夾持部分很短，但仍能牢固夾緊。熱裝夾緊方式是把夾持部分加車床熱至300~C，使之膨脹，待刀具柄部插入夾持部分冷卻后即被夾緊，因此，這種工具系統(tǒng)需要配置一種加熱裝置。
MST公司開發(fā)出一種新型MOZO系列熱裝式工具系統(tǒng)，柄部為普通耐熱鋼，夾持部分為熱裝專用材料。據(jù)稱，這種結(jié)構(gòu)的柄部和尖端部分的組合形式多樣，根據(jù)不同加工情況，可組合成2100種不同類型的刀柄，在極短時(shí)間內(nèi)，即可組合成滿足工件形狀和切削方式所需要的高性能刀柄。ALPS丁具公司開發(fā)出一種熱裝式工具系統(tǒng)，商品名ThemloGrip，材料為特殊耐熱鋼，經(jīng)最佳熱處理后，其耐熱溫度達(dá)450~C，可卸裝刀具5000次以L最適于高效率加工。這些產(chǎn)品的交貨期比較短，能快速適應(yīng)市場(chǎng)的變化。
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