螺纹高速切削不可忽视的因素 – 丝锥刀柄

    随着加工中心的出现，特别是高速切削技术迅猛发展，使铣削，钻削等加工效率迅速提高，但螺纹加工却成为了整个机械加工中的一介瓶颈。为了解决这一矛盾，许多丝锥制造商，如德国EMUGE就推出了针对不同零件材料的高速丝锥，并且结合当今最先进的涂层技术，使丝锥的切削效率，耐磨性和使用寿命都大大提高。然而要想真正取得高速丝锥应有的效果，有个因素却往往被客户给忽略的，那就是丝锥刀柄！
目前客户主要使用两种丝锥夹持系统，第一种：带长度补偿的丝锥刀柄，这普遍应用于摇臂钻床，大螺纹的加工，特别是结合带有过载保护的丝锥快换夹头，可以有效防止丝锥的断裂。只是这种丝锥刀柄是属于快换式的，装夹特别方便，但同时这种刀柄不是很适合高速切削，因为高速加工时，过高的离心力会使丝锥刀柄与快换夹头之间的配合变弱。另外一种是普通的ER夹头，这种连接方式，是个纯刚性的系统，可以实现高速切削，考虑到该系统很便宜，因此往往是许多客户愿意选择的。但是我们接下来分析一下其问题所在。

    首先我们要定义一下，高速切削必须要在带有同步主轴的CNC机床上，那么由于螺纹切削都存在主轴正转与反转这两个过程，我们假设Vc=60m/min（高速切削），螺纹尺寸为M6，那么其转速应为3184rpm，当螺纹加工到要求深度后，主轴必须停止，并且马上就必须反转至3184rpm，在这一过程中，主轴停，进给未必能停下在，并且反转至设定速度也有个时间差，这些均会使进给与主轴转速产生不匹配，这被称为同步误差，即主轴与线性驱动单元的动态变化产生同步误差；再者丝锥的齿面也存在制造误差，这也会造成误差。这些微小差别，如果通过刚性的螺纹刀具，会导致系统中的误差，这对于螺纹切削循环非常不利。我们先参考下图

    那么丝锥的欧洲标准EN22857定义了磨制螺纹的尺寸和公差，对于丝锥的螺距公差，该标准指出：在规定的牙数范围内充许最小偏差为±8μm。例如：一个M10的丝锥，其螺距为1.5，那么在7个牙的长度方向允许产生±8μm的误差，对比上图，在轴向会产生1300N压力（兰色曲线），而绿色曲线是M6的丝锥，其轴向则只产生略多少500N的压力。因此，随着丝锥直径越大，丝锥承受的轴向压力也越大！

    普通的ER夹头是无法释放这轴向压力的。因此德国EMUGE就设计了一个能缓冲这种主床的同步误差以及丝锥精度误差所产生的轴向压力，被称之为“微量长度补偿的丝锥刀柄”。其主要特点是：

    1． 在压缩与拉伸方向都具有最小长度补偿（约0.5mm）
    2．  中心冷却压力可高达 50 bar，加工通孔时，可以让冷却液沿丝锥柄部出水。
    3．  螺纹刀具可通过带方身的夹头 (ER-GB)夹紧
    4．  不需要特殊的刀柄
    5．  同步攻丝时，有更好的工艺安全性
    6．  可获得更高的攻牙速度
    7．  扭矩和轴向力的传递互相独立
    8．  球方式传递扭矩

    实际应用请参考以下两图为不同丝锥刀柄所产生的轴向力。a）_为普通ER夹持；b)_为EMUGE的微量长度补偿的刀柄；c)_为其它类补偿的刀柄。第1张图是转速500转时，普通ER夹头的轴向力不到2000N，第2张图是2000转时，普通ER夹头的轴向力已超过了2500N。而EMUGE的微量长度补偿的丝锥刀柄均不到500N，因此EMUGE的这种丝锥刀柄可以更多地吸引轴向的误差（以下曲线均由Artis系统，在螺纹加工时读出）

    由实验证明：轴向压力随着速度提高而提高；当用刚性丝锥夹头挤压加工时，存在的压力更不容忽视！而一般的丝锥刀柄仅比普通的ER夹头多吸引一点点轴向力。

    主要优点：可以获得更高的螺纹表面质量；可以使轴向切削力降低；使丝锥的寿命延长。

    目前来说，在汽车行业内，特别是新型的生产线上，如缸体，缸盖上，曲轴，大量的这种微量长度补偿的丝锥刀柄在运用着，并取得很好的效果！

    因此，从以上分析及数据来看，高速螺纹加工必须重视丝锥刀柄的选用。这是一个不可忽视的因素！

（埃莫克法兰肯精密工具（苏州）有限公司 曹杰）

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