高速切削与刀具动平衡技术下滚子轴承

高速切削与刀具动平衡技术(下)

高速切削与刀具动平衡技术(下) 2011年12月10日 来源： (1)G16的平衡质量等级规定给人一种“要求降低”的感觉，一般用户已习惯了较高的平衡质量等级，仍要求刀具制造商提供G2.5(最大使用转速20000r／min)的刀具。另一方面，刀具制造商从市场竞争的需要出发.也尽可能使产品的平衡质量等级优于G16。因此，在现阶段，工具制造商(包括刀具、刀柄、夹头制造商)除满足用户提出的特殊使用条件及平衡要求外，都是根据各自的产品特点及制造水平自行规定产品出厂的平衡质量等级。一些大型用户企业如Bosch Technology公司、Daimler Chrysler Aerospace公司等则根据刀具的使用条件规定企业内部的平衡质量等级。

(2)德国Ulm高等专科学校的Uwe.Kolb等人通过试验发现，在三台平衡机上由不同操作者对同一把重量为0.87kg、使用HSK63刀柄的整体刀具进行多次测量，得出的不平衡量最小为4.76Ogmm，最大为10.55Ogmm，可以计算出，在使用转速=15000r／min时，前者相当于G9，后者则相当于G19，G值的分散范围接近l0。对8种常用刀具一刀柄组合系统进行的类似试验进一步证明了这种分散性，试验结果表明，所有测量数据都达不到G2.5，甚至G6.3也不是在所有转速下均能达到。研究人员指出，这种不平衡量的不确定性与缺乏统一的测量仪器和测试方法有关。目前，用于测量不平衡量的动平衡机既有专业厂家生产的通用型(一般为卧式)，也有专为刀具动平衡而开发的专用型(一般为立式)。试验结果表明，不同的操作者使用不同类型的动平衡机对相同刀具测得的不平衡量数据并不一致。这也是目前用户难以重复测出刀具制造商测定的不平衡量的主要原因。

一些研究人员提出，刀具合理的平衡质量等级可按以下方式确定：对于金属切除量较大的粗加工(如飞机整体铝合金构件、大型模具的模腔、铝合金壳体等的加工)，刀具平衡质量等级达G16即已足够，但当这种粗加工消耗功率较大时，在15000～24000r／min转速范围内则可采用G6.3～G8.0，以减小不平衡力对主轴轴承的附加载荷。对于精加工，则要求刀具系统的平衡质量等级至少应达G6.3。也不排除采用更高的平衡质量等级(甚至可比FKM规范的下限值更小)，这就需要对装入主轴后的工具系统与主轴作为一个整体进行在线平衡。

目前，德国Schunk公司新推出的带液压胀紧夹头的HSK63整体结构刀柄的出厂平衡质量等级为G6.3，其残留不平衡量为4gmm，推荐转速为15000r/min。该公司生产的可精细调节平衡的液压胀紧夹头的使用转速可达50000r/min。

5.刀具在线平衡系统

用户在加工现场使用刀具时，由于对工具系统进行组合及对刀柄与主轴进行联接时均可能产生一定偏心量，从而使经过预先平衡的刀具产生新的不平衡，因此，开发一种能使整个刀具一刀柄一主轴系统在驱动状态下实现平衡的在线平衡系统极具实用价值，利用该系统甚至有可能直接使用未经预先平衡的刀具组件进行加工。

美国Baladyne公司开发的在线平衡系统的结构与工作原理如下：该系统由传感器、控制器、配重盘、线圈等组成。主轴上带有两个电磁驱动的配重盘，通过调节两个配重盘的位置，可使产生的不平衡力与需平衡的刀具系统的不平衡量相互抵消，达到在线平衡的目的。该系统经过2.5秒钟的“学习”后，集成在主轴中的平衡装置采集到整个系统的动态特性，再经过1秒钟的自动调节后即可达到平衡。目前该系统可适用于60000r/min的转速条件。Baladyne公司称，如预先设计的配重盘能力足够，可使用未经预先平衡的刀具实现完全的在线平衡。

美国Kennametal公司开发的在线平衡系统由平衡刀柄、加速度传感器、控制器和调节器组成，其特点是将电磁驱动的配重盘配置在刀柄内，通过自动调节刀柄配重盘的相对位置，系统可对主轴和工具系统进行整体平衡，而不必使用特殊主轴。

6.结语

目前，高速旋转刀具已在我国一些工业部门中推广应用，高速切削技术的研究开发也成为我国制造业尤其是机床工具行业面临的紧迫任务。在2001年第七届北京国际机床展览会上，我国已有机床制造厂展出了主轴转速达10000～15000r/min的加工中心机床，工具行业通过技术改造也初步具备了开发高速切削刀具的能力，这都为高速切削技术在我国的推广应用创造了必要条件。与高速切削技术配套的刀具动平衡技术已成为机床工具行业共同关心的技术课题，加快该技术的研究开发工作将有助于高速切削技术的发展与应用。

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