不要忽略了工件夹头的作用

国际金属加工网 2017年09月15日

加工中心中,作用在主轴上支撑刀架的支撑力经过一段时间后可能会减弱。如果不及时进行检查,这就很可能成为加工过程中潜在的一个弱点。

刀架在加工中心中的作用是支撑刀具,但是刀架本身也是一个需要支撑的元件。目前有许多固定刀具的方法,如螺钉、套筒、液压和热套配合,都可以使刀具与刀架紧密结合。然而,稳定性也与主轴夹头有关,而夹具机构常常不会引起人们足够的重视。

图1 这里是刀架单元,主轴的固定力来自于弹簧垫圈

Jerome Sailing先生已经看到了这种被忽视的问题产生的可能性。尽管夹头的维修成本需要数百美元,但是由于忽视而带来的损失可能更大。主轴的磨损、停机带来的损失,以及刀具拉动主轴造成的碰撞等问题可能导致生产厂商的损失超过10000美元。

其他一些由于夹头支撑力不足引起的潜在问题不一定很严重,但是成本仍然很高。比如振动噪声、重复性和刀具使用寿命下降或者表面平整性下降等问题可能都是主轴对刀架支撑不坚固造成的。Sailing先生作为加工车间的主管,以前也遇到过类似的问题,他们研究了一种简单的工具用于检查夹头力,目前华盛顿Auburn的Clamprite公司就提供这种工具。

还有其他一些公司也提供这种检测夹头支撑力的工具。这种检查工作是需要经常进行的,以确保公司在问题发生前察觉它的下降趋势。对此,Sailing先生提出了以下一些保持刀架紧固的措施:

- 检查频率:建议每两个月检查夹头支撑力。

- 夹头一般多长时间进行维修:大约2~5年。使用寿命与许多变量有关,包括切削应用的需求和刀具转换的时间。

- 适合的支撑力:最佳的夹头支撑力也是不同的。甚至相似的设备之间也不尽相同。只有生产商可以掌握适当的压力应该是多少。
通常来说,主轴锥度40的压力一般在1800~2500 lb(1 lb=0.4536kg),主轴锥度为50的压力一般在3800~4800 lb之间,有些锥度50的设备则需要9000 lb,甚至更多。Sailing先生说 HSK系统则不同,类似锥度的主轴需要两倍的力。因为HSK系统为了刀架与主轴面适当的啮合,需要更大的夹头力,这种设备更需要经常的检查。

- 夹头的维修:Sailing先生说主轴不能有过量的支撑力,否则轴承可能过载。所以理想值不能下降很多。当支撑力下降到生产商建议值的90%以下时,就该考虑进行维修。

摩擦腐蚀

磨损是夹头支撑力下降的另一个原因。振动和摩擦,以及冷却剂中的细菌,都可能造成摩擦腐蚀。

某些机械师会使用砂布手工除去它们,这种处理方法是有问题的。因为每次这样做都会从轴锥上磨去一部分材料。这样会使精度下降,大直径的部件误差会比较大。并且在重切削时,变小的刀架更容易发生错位移动,由于毛细现象,主轴锥与刀架之间可能会存留更多的金属颗粒,这样做的结果是造成更大的磨损。

图2 振动,在刀架上的污染表明夹头不在紧固地支撑刀架了。刀架的损伤与主轴内部的损伤有关

Sailing先生说,损害还不仅限于刀架。对主轴内部也可能造 在一个刀具库中30~60个刀架都会发生磨损。

这种看不见的损害也是夹头支撑力不足造成的一种危害。维修夹头保持适当的夹头力可以保证刀架始终不发生移动。

早期预警

图3 这是个简单的主轴夹头支撑力检测装置,在夹头支撑力下降之前需要定期检测

在问题发生前预先察觉是夹头定期检查的关键。Sailing先生曾经做过一个实验,监测夹头磨损的过程。加工中心的夹头支撑力开始是逐渐减少的,经过一个拐点之后又开始快速下降。夹头中的支撑力来源于一个弹簧垫片(Belleville垫圈),这个实验表明一个弹簧垫圈损坏会加速其他垫圈损坏,从而使整个加工中心的效率迅速下降。为了避免这种情况发生,降低成本的方案就是在拐点来临之前维修主轴。


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