刀具平衡如何提高刀具寿命和生产率

切削刀具跳动和刀架不平衡使加工具有挑战性。以下是您需要了解的有关刀具平衡技术的信息，以及如何正确执行此程序可以最大程度地减少振动、改善表面光洁度和刀具寿命等。

对于主轴转速达到 20,000 rpm 或更高的高速加工，刀具平衡是必须的。但许多专家会告诉您，平衡需要从 6,000 rpm 开始，跳过这一关键步骤会降低刀具寿命和生产率。

Haimer Inc. 总裁布伦特·霍尔登 (Brendt Holden) 就是其中之一。他喜欢讲述一个 15 年前的故事，关于威斯康星州一家机械厂与无聊的操作作斗争的故事。安装 Haimer 的一个工具平衡器后，机加工车间能够显着提高该工作的吞吐量，以及许多其他工作。

“那家商店没有一台速度超过 6,000 rpm 的机器，”Holden 回忆道。 “无论主轴速度如何，这都是对刀具平衡重要性的绝佳证明。”

他们并不孤单。美国一家主要发动机制造商在实施工具平衡解决方案后，每年因计划外停机时间节省了 250,000 美元。明尼阿波利斯的 K&G 制造公司发现，离线预设刀柄组件在平衡时第一次切割成尺寸。就连磨削行业也知道动平衡的价值，刀具制造商 OSG 可以证明：平衡轮组后，该公司发现产量增加了 20%，主轴寿命增加了 30%，功耗降低了 18%。
 

如果这些轶事未能动摇怀疑者，这里有一个更科学的例子——它有助于解释工具平衡的有效性。

Haimer 工程师将立铣刀安装在两个刀架上，一个平衡，另一个不平衡。两者都在公司的一个工具预调单元上进行了检查，跳动小于 2 微米。然后，他们以 18,000 rpm 的速度旋转每个刀架组件，同时使用加速度计对其进行分析。结果？在平衡组件保持相同的近零跳动水平的情况下，不平衡组件增加到 11 微米 (0.0004") — 增加了五倍。

如果刀具致命的跳动不足以说服您，请尝试以下操作：询问任何机床主轴改造商过早失效的主要原因。大多数人会认为它要么是 a) 崩溃，要么是 b) 刀架不平衡。对于许多加工中心——尤其是那些带有高速主轴的加工中心——更换一个工具平衡单元的成本很容易超过一个工具平衡单元，而且这还没有考虑到机器停机时间和由此产生的生产延迟。

你可能会想，“我明白了。这就是我们购买平衡刀柄的原因。”虽然霍尔顿和其他人会告诉您这是一个良好的开端，但这相当于为您的汽车购买高质量的轮胎——它们仍然需要平衡，并且与切削工具和刀架一样，它必须作为一个完整的组装完成.

修整刀柄

有点讽刺的是，这个过程并没有那么不同。就像汽车机械师会在车轮的一侧添加小重量以抵消不平衡一样，工具箱服务员也可能会在工具架上添加重型金属螺钉或形状奇特的环，仔细调整每个直到不平衡情况发生被取消了。也可以对刀架本身进行钻孔或铣削，去除少量金属直到达到平衡，尽管这显然是一种更昂贵（和永久）的方法。

轮胎和刀架也遭受同样类型的不平衡，即静态和动态。从 F-150 的车轮上卸下一个凸耳螺母，您会产生静态不平衡，这可以简单地认为是一侧的重量过大。用渔船的螺旋桨撞击岩石，您可能会面临动态不平衡或两个旋转平面的不平衡。最后一种情况在 CNC 加工中心上最为常见，尤其是对于较长的刀具和刀柄。

具有讽刺意味的是，由于法兰的不对称槽，CAT 型刀柄（美国机床制造商的最爱）本质上是不平衡的。一侧带有固定螺钉的 Weldon 式刀架也是如此。即使是 HSK 刀具，尤其是更常见的 A 形刀具，也存在一定程度的不平衡，尽管它远不及陡锥刀柄。工具制造商试图抵消这些不幸的情况，但在刀架的一端安装一个固定旋钮，在另一端安装一个钻头或立铣刀，所有的赌注都没有了。因此建议始终将刀柄作为一个完整的组件进行平衡。

工具平衡在布丁中的证明

这种不平衡是可以量化的。它被称为 G 值，大多数行业专家建议工具应平衡到 2.5 G 或更高（即低于 2.5 的值）。对于有数学倾向的人，Haimer 网站在这里提供了关于刀具平衡科学的令人麻木的公式，以及为什么它对任何有兴趣改进铣削、钻孔和镗孔操作的人来说很重要的其他原因。

那么该怎么办呢？答案现在应该很明显了：投资一台刀具平衡机，就像几年前布伦特霍尔顿的另一位客户购买他的第一台 20,000 rpm 加工中心时所做的那样。结果非常好，以至于他开始平衡车间里的所有东西，即使是那些转速限制在 8,000 rpm 的旧机器。

“改进的刀具寿命和表面光洁度是一个侧面说明，”霍尔顿说。 “他最注意到的是金属去除率的提高。以前他可能会以 3,000 rpm 的速度切割零件，但他发现他通常可以通过平衡将速度翻倍，同时相应地增加进给速度。他很激动。”

超越工具平衡

Zoller Inc. 的工业 4.0 技术中心经理 Matt Brothers 可以分享已实施该公司工具平衡解决方案之一的客户的类似成功案例。然而，他很快指出，平衡机只是更大的工具箱策略中的一部分。同样重要的是需要离线预设工具，消除了在机床中触发时操作员出错的机会，并大大提高了机器的启动可用性。

由于大多数预调仪具有先进的光学成像功能，它们还允许工具床服务员在使用前彻底检查工具，并测量前面提到的最重要的跳动。对于那些使用热缩工具的商店，Zoller（和 Haimer）提供了能够在一次操作中完成这两种操作的组合机器。

Brothers 建议，当使用刀具管理解决方案 (TMS) 实施时，离线刀具预调仪提供了从摇篮到坟墓的刀具使用可见性，同时还改进了整个编程和设置流程。

“Zoller 的 TMS 可以直接与机床通信，”他说。 “它可以与车间的 CAM 系统、仿真软件或刀具寿命监控系统连接。在单个数据库中存储切削刀具和刀柄信息有许多优点，包括提高数据准确性、减少刀具库存、减少停机时间和更高效的工艺流程。这就是为什么我们认为 TMS 应该成为任何以工业 4.0 为重点的商店不可或缺的一部分。”

对于对这些提高生产力的技术感兴趣的商店，现在是时候进行调查了。第 179 节设备扣除将于 12 月结束。联系 MSC（或本文中列出的任何一家公司）以了解更多信息。

您是否从工具平衡中获益？

刀具平衡通常被认为仅对高速加工是必要的，但许多工厂都可以从中受益。

专家会告诉您，平衡的需求从 6,000 rpm 开始，跳过这一关键步骤会降低刀具寿命和生产率。

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