如(rú)何把握好(hǎo)(hǎo)刀具與機床的匹配性
刀具作(zuò)為(wèi)直接或間(jiān)接安裝在機床上(shàng)，用以完成工件加工任務(wù)的工具，我們必須考慮兩個(gè)适用性和一(yī)個(gè)匹配性。即适用于所選用的機床，适用于所選用的工件，适用于加工任務(wù)以及與機床相匹配。但(dàn)是，本文主要從刀具的匹配性出發，談論如(rú)何把握好(hǎo)(hǎo)刀具與機床的匹配。
談及刀具與機床匹配，各位可能(néng)首先想到的，是外形和尺寸的匹配。的确，外形和尺寸的匹配是刀具在機床上(shàng)能(néng)夠正确安裝的基礎。沒有這(zhè)個(gè)基礎，刀具無法被正确地安裝在機床上(shàng)，因此也(yě)就(jiù)談不上(shàng)完成什(shén)麽加工任務(wù)。
但(dàn)是，僅有這(zhè)一(yī)點是不夠的。
刀具在被安裝在機床上(shàng)之後，是需要完成一(yī)定的加工任務(wù)的。在完成這(zhè)個(gè)加工任務(wù)的過程中，需要保證加工精度、需要承受和傳遞切削力和切削扭距、需要完成切削熱的承受、傳遞和導出，需要考慮有可能(néng)的切削廢棄物(切屑和料頭)甚至是工件的傳輸，以及現(xiàn)代的刀具參數數字化(huà)傳遞等等。
這(zhè)些(xiē)任務(wù)有些(xiē)雖然不是常見，确也(yě)是刀具可能(néng)承擔的任務(wù)。如(rú)果我們能(néng)夠在選擇刀具，考慮刀具與機床的匹配性方面一(yī)并考慮，會增加我們解決加工問題的思路(lù)。
保證加工精度、傳遞切削力和力矩、提供切削液的通道是我們目前在保證外形和尺寸的匹配後，經常會遇到的問題。例如(rú)在加工中心上(shàng)，我們經常使用圓柱形(通常稱為(wèi)直柄)作(zuò)為(wèi)夾持方式。那麽就(jiù)圓柱形的刀柄，除典型的完整的圓柱形外，還有一(yī)些(xiē)在圓柱形上(shàng)增加一(yī)些(xiē)其它要素的變化(huà)，如(rú)削平型直柄(銑刀按直徑分(fēn)為(wèi)單削平面和雙削平面兩種，鑽削常見全削平面，都被稱為(wèi)側壓式)，帶2°傾斜的斜削平式，帶扁尾的直柄(常用于鑽頭)，帶方身(shēn)的直柄(常用于絲錐和鉸刀)等多種方式。
就(jiù)這(zhè)類刀柄與機床的聯結方式來(lái)說(shuō)，隻用圓柱部分(fēn)定位、夾緊的也(yě)不在少數。各種壓力角的彈簧套系統，強力夾頭系統，液壓鎖緊系統、熱膨脹裝夾系統、力變形鎖緊系統等都是用于鎖緊圓柱刀柄的。但(dàn)各種夾持方式各有優點和缺點。就(jiù)拿最常見的彈簧套系統來(lái)說(shuō)，大的壓力角(此處将壓力角定義為(wèi)錐面鎖緊的正壓力與圓柱軸線的夾角)，即大的錐角代表鎖緊行程較短，有利于快(kuài)速地鎖緊與松開，但(dàn)在相同的鎖緊力矩下(xià)分(fēn)解到圓柱面上(shàng)的正壓力較小，由此産生(shēng)的摩擦力距小，能(néng)夠抵抗的切削力距也(yě)相應比較小，刀具易在刀柄中産生(shēng)打滑的現(xiàn)象，影響加工過程的平穩性和加工表面質量;同時(shí)此類夾頭可夾持的刀柄直徑變化(huà)範圍較大，有利于減少彈簧套的庫存，優化(huà)管理(lǐ)。而小的壓力角就(jiù)相反。小的壓力角的彈簧套可夾持的刀柄直徑範圍較小，夾緊時(shí)的鎖緊行程較長，不利于快(kuài)速夾緊與松開，但(dàn)其夾持精度稍高，夾緊力大，能(néng)承受更大的切削載荷。
液壓鎖緊系統是一(yī)種新(xīn)興的夾持系統，它利用高粘度液壓油的不可壓縮性使刀具夾持腔的内壁發生(shēng)彈性變形，從而鎖緊刀具。液壓鎖緊系統的精度高，鎖緊與松開不需要專門的器(qì)械從而顯得比較方便，鎖緊力矩通常也(yě)優于彈簧套系統，但(dàn)其内壁隻能(néng)在彈性變形的範圍内工作(zuò)。一(yī)旦超出此範圍，内壁就(jiù)會出現(xiàn)不可逆轉的塑性變形，就(jiù)會造成該刀柄裝夾腔的永久性失效。因此，削平型刀柄，尤其是鑽削刀具常用的全削平型刀柄是不能(néng)在液壓鎖緊系統中使用的。空腔施壓、刀柄未插到容腔底部等，也(yě)是會導緻該系統損壞失效的常見原因。
熱膨脹裝夾系統則通常需要專用設備，這(zhè)樣的設備以能(néng)控制加熱、冷卻按多種預定模式進行的為(wèi)佳。非專業的加熱設備(甚至火(huǒ)焰加熱)也(yě)許可以使用，但(dàn)常常由于溫度和加熱曲線不能(néng)得到良好(hǎo)(hǎo)的控制而對刀柄的其它部分(fēn)受到影響，甚至改變其金(jīn)相組織，從而使系統很快(kuài)失效。另外就(jiù)是熱膨脹裝夾系統的刀具長度難以調整，需要專門的輔助工具，這(zhè)給在需要多刀具同步工作(zuò)的場(chǎng)合增添了(le)一(yī)些(xiē)麻煩。
在另一(yī)方面，刀具夾持方式也(yě)可能(néng)決定着生(shēng)産效率的可能(néng)值。
圓柱刀柄和液壓、熱膨脹都是可以适應較高轉速的平衡設計，而削平型的裝夾卻是一(yī)種典型的非平衡設計，刀具廠商(shāng)都将其列入不推薦用于高速切削的行列。
就(jiù)刀柄本身(shēn)而言，在被銑(或磨)去一(yī)部分(fēn)材料形成壓力面時(shí)，刀柄部分(fēn)的重心即與刀具的回轉中心不重合了(le)。在刀具夾緊的過程中，削平柄被鎖緊螺釘推向已經偏離中心的那一(yī)側，刀具的重心将進一(yī)步偏離刀具在機床上(shàng)的回轉中心，這(zhè)些(xiē)都增加了(le)刀具的不平衡。加上(shàng)一(yī)些(xiē)使用者在原始的鎖緊螺釘損壞或遺失後随意配上(shàng)一(yī)個(gè)螺釘，長度等往往沒有在意，這(zhè)樣的行為(wèi)也(yě)給刀具的平衡性能(néng)增加了(le)不确定性。因此，削平型(包括斜削平)都不建議(yì)在高速下(xià)使用。
但(dàn)削平型是帶有強制驅動性質的刀柄，它較純圓柱完全依靠摩擦力傳動在高扭距下(xià)更為(wèi)可靠。因此，在粗加工(粗加工一(yī)般扭距大，但(dàn)轉速較低(dī))時(shí)還是比較合适的。
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