一些制造商仍可提供用于极端加工场合的重载套筒夹头和立铣夹头。但是,除了液压和热缩技术可能有所不同外,大多数制造商都在复制彼此的产品系列,因此市场上的工具夹头产品在外观上令人吃惊地千篇一律,不同之处仅在于各自采用的制造方式。这就又回到了前面得出的结论:差异在于制造商的检测方式、企业标准、公差大小以及——最重要的——制造能力的不同。总而言之,各种工具夹头不可能完全相同。
评价指标3:检测
这里有一个可说明工具夹头检测差异的例子:6年前,COMMAND TOOLING SYSTEMS公司开始按照HSK标准生产工具夹头,首先购买了所需的量具。获得量具后经过测量比对,发现不少竞争对手(当时大部分为欧洲制造商)生产的 HSK工具夹头与我们从德国获得的基准量规相比变化范围相当大。结果令人吃惊:所检测的产品没有一件位于公差范围之内。为了确保检测结果正确,我们又从德国另一家量规制造商处购买了一个新的基准量规。令人吃惊的是,这两个量规完全一致,区别仅在于制造方法不同。制造符合HSK标准的工具夹头毕竟不是在公园里散步,因此应该得到更好的检测结果。
每一个被加工产品都有公差,主要用于衡量制造变化量的大小——变化越小,公差越紧。因此,上述事例并不否认被检测的夹头在某种水平上(或对于某些主轴)能够使用。但是,工具夹头制造商却无法控制夹头的终端使用情况。如果提供销售的夹头产品就未达到相关标准,则夹头制造商对于夹头严重偏离标准的情况也无能无力。
评价指标4:平衡
如今销售的越来越多的加工中心配备了设计最高转速达10000rpm或更高的主轴。用于这些机床的刀具不但必须具有很好的同心度和高强度,而且必须与主轴一样进行精细的平衡,否则将会产生有害的振动而引起震颤,从而降低加工表面光洁度,缩短刀具寿命。在不平衡量很大的极端情况下,还可能造成主轴损坏。近年来已有不少文献对工具夹头的平衡问题进行了探讨,在此无需重复。但其中很重要的一点是,因刀具/工具夹头组合系统不平衡而产生的离心力与主轴转速的平方成正比。如果在转速1000rpm时产生的力可忽略不计的话,转速10000rpm时产生的力则是其100倍,20000rpm时的力则是其400倍。因此,在主轴转速不断提高的情况下,要求具有极好的同心度显得更为重要,因为如果刀具回转偏离了主轴中心线,它将成为附加不平衡量的一个主要来源。
工具夹头的不平衡通常来源于功能性设计,如立铣夹头中的锁紧螺钉或CAT夹头中传动槽的深度不等。但由于许多原因,不平衡量的产生常常是随机性的。无论不平衡源于何处,都需要去除一部分材料,以消除不平衡量,起到修正作用。另一种解决办法是使用可调平衡刀具夹头,用户可通过调整径向螺钉或平衡环来消除不平衡。在此情况下,需要确定工具夹头不平衡的位置和大小,而这就需要使用复杂的平衡检测仪。在某些情况下,车间最好使用来源可靠的、经过预平衡的工具夹头,并配套使用高质量的切削刀具,与购买和使用动平衡仪相比,这样性价比更高。
不可忽视工具夹头
许多事例表明,通过改善主轴适配性、同心度和平衡性能,可以降低加工难度。从事模具制造的Gem Tool公司通过简单地将夹套系统由双角设计更换为单角的DR20系列,改善了同心度和换刀重复性,使刀具寿命和加工精度都得到了提高。波音公司在加工复合材料仪表板时,由于刀具非常小,几乎不允许有不平衡引起的误差,因此为转速30000rpm的弹簧夹头设计了特殊的突出部,进一步提高了夹头的平衡性和同心度。另一个明尼苏达州的制造商用单点金刚石刀片对几十万个孔进行单点镗孔加工,孔的公差仅为0.0003in.(0.007mm)。要通过多次自动换刀完成如此高精度的加工操作,主轴的适配精度极其重要。
在上述加工实例中,有些属于极端加工条件,有些则不是(如更换夹套系列)。关键在于,如果没有精确的主轴适配性、同心度和良好的动平衡,要在这种极端条件下完成加工实际上是不可能的。而将这些理念应用于车间的日常加工中也大有裨益。精确的主轴适配性可提高批量加工零件的重复精度,在生产过程中易于保证公差,从而降低加工成本。高的同心度可使刀具每齿切削负荷均衡,刀具寿命延长,从而减少刀具费用和辅助工时。良好的平衡能充分发挥机床的加工能力,提高工效,减少工时。
希望降低加工过程可变性的精密制造商应认真考虑高质量工具夹头的边际成本差异。良好的工具夹头能够在增加生产效率的同时减少刀具费用和辅助工时