高速加工刀具系统的动态平衡分析控制.pdf

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1、机械工程师MECHANICALENGINEER高速加工刀具系统的动态平衡分析控制欧阳陵江(湖南工业职业技术学院，长沙410082)摘要：高速加工是一种综合性高新加工技术，与传统加工技术相比有诸多优点，集制造科学、材料科学、信息科学和控制理论为一体。而高速加工刀具系统的动态平衡性能会直接影响高速加工的效率和工件加工效果．因此文中在对当下高速加工刀具系统的研究成果之上，再次声明刀具系统平衡重要性，着重分析刀具系统动不平衡的原因．并针对这些可畿的影响因素采取合理的措施，合理解决高速加工中刀具系统动态平衡存在的问题。关键字：高速加工：刀具系统：动态平衡中图分类号：TG71文献标

2、志码：A文章编号：1002—2333(2016)09—0121—020引言高速加工技术的发展与应用对模具、精密机械、汽车和航空领域产品的更新换代有着显著的影响，其产品更新速度明显提高，于此同时，机械工业的加工设备也随之发生变革，加快机械制造业前进的步伐。高速加工逐渐对当代机械加工行业产生日渐深远的影响。国际上在高速加工刀具系统领域的研究较为领先和完善，已有成熟的技术和产品，其中较为著名的是德国工程师开发的HSK工具系统。相较于国外，我国的高速加工技术还有待发展，尚未开发出自主品牌的高速加工系统。高速加工系统的功能需求有很多，其中首要的要求便是刀具系统平衡性要求，维持高速

3、加工刀具的动态平衡对加工效率以及加工质量都有着显著影响。1高速加工刀具系统J．J高速加工简介及其应用就高速加工这一概念而言，目前并没有明确统一的定义，高速加工集优质、高效与低能耗于一身，解决了机械加工中许多备受困扰的问题。相较于传统切削加工技术，高速加工的切削速度、进给速度都以指数级提高，切削力降低30％，单位功率金属切除率显著提高，刀具寿命提高70％，刀具留在工件的切削热大幅度降低。高速切削加工系统的核心部件主要由高速加工中心、高性能的刀具夹持系统、高速切削刀具和安全可靠的高速切削软件系统等构成。随着切削刀具技术的不断进步，高速加工已广泛应用于加工合金钢、汽车和电子元

4、件产品中的冲压模、注塑模具等工件的加工。，．2刀具系统通常，对于旋转刀具而言，一套完整的刀具系统包括刀头、刀体、导杆、刀柄、使刀柄与主轴紧密配合的锁紧装置以及其他辅助装置。由于高速切削刀具在很高的转速下工作，刀具系统需承受很大的离心力作用，这就对刀具的结构、刀具材料和刀具系统的夹紧机构有较高要求。刀具需使用较为轻质的材料，刀片与刀体结构之间要形成封闭连接。2高速加工状态中刀具系统不平衡因素2．J高速加工对刀具系统功能要求刀头、刀柄、切削工具一起组成高速加工刀具系统。刀具系统必须具备保证刀具可以在加工机床上正确定位，并且可以在加工过程中传递足够的运动和动力以达到加工的功能

5、要求，为了保证可以进行精确的高速加工制造，刀具系统需要达到以下几个指标。第一，达到一定的定位精度。与传统机械加工相比，高速加工的速度以指数级增大，因此，即便是很微小的振动也会严重影响工件的加工质量和加工精度。另外，刀柄的定位精度对刀具的位置精度有显著的影响，同时也会影响工件的加工质量和精度。第二，能够传递高速运动，主轴转速是区分传统普通加工方式与高速加工的主要依据，由于高速加工主轴转速很高，因此要求刀具系统能够稳定地传递高速运动。第三，刀具系统需要有足够的夹紧力，机床进行切削加工时，刀具会受多种力的作用，如轴向力、径向力、转矩、弯矩。刀具系统传递和承受这些力和力矩，而刀

6、具夹紧力又直接影响刀具系统的载荷能力，因此若要传递加工所需动力就要求刀具系统具有足够的夹紧力。2．2高速加工刀具系统动平衡在进行高速加工时，刀具系统高速旋转，如果刀具系统存在不平衡就会产生较大的离心力，从而引起刀具系统和机床主轴的振动，进而影响被加工工件的表面精度。同时也会加大机床的磨损，因此分析控制高速加工刀具系统的动态平衡具有重要意义。2j降低高速加工刀具系统动态平衡性能的可能因素降低处于高速加工状态的刀具系统动态平衡性能的因素有很多，从刀具系统零件的结构设计、生产加工到装配，这其中每一个环节的不合理设置或者失误都会导致其动态不平衡。1)主轴不平衡。在主轴的设计制造

7、生产过程中，若使用的主轴材质不均匀，会导致主轴不同部位受力不平衡，从而降低回转精度，主轴经过一段时间的使用，不同部位的磨损程度不尽相同，这也会导致主轴动态不平衡。另网址：www．jxgcs．corn电邮：hrbengineer@163．com2016年第9期l121机械工程师MECHANlCALENGINEER外，如果主轴和刀具的结合面上存在杂质污染或者装夹误差也会严重降低主轴的平衡性能。2)刀具与刀柄不平衡。刀具与刀柄不平衡是刀具系统不平衡的主要原因。如果在设计刀具时对刀体、导杆、刀柄、单刃刀头以及夹紧锁紧装置等采用了非对称结构；或者在