高性能加工成功关键：为什么刀柄至关重要

硬质金属材料、高速高进给——以及刀具动平衡——刀柄对高性能机床上的零件制造成功比您想象的更重要。了解原因。

您的车间刚买了一台新的高性能加工中心。它拥有令人印象深刻的规格：20,000 rpm主轴、2,400 ipm快速移动速率和匹配的进给率。它比车间任何其他设备都快得多。大家都在享受铁屑撞击钣金的清脆声和主轴电机深切削时的低沉嗡鸣。

只有一个问题：在这些新的更高主轴转速下，振动让大家争抢耳塞。刀具寿命下降。切削老板最近带来的17-4 PH和Ti-5553钛合金航空航天零件时，刀具拔出成为大问题。结果？本应从高性能加工中心投资中每天产出的零件堆根本没出现。

公平地说，您可能对老旧、能力较弱的加工中心也有这些抱怨。事实上，这可能正是最初购买新机床的驱动因素之一。抱歉告诉您，问题极大概率在于您用了几十年的侧固式铣刀柄和ER式弹簧夹头不适合现代加工技术。

“您拥有高速高进给能力的机床、最新几何形状和涂层的切削刀具，刀柄作为两者的接口，为什么要在上面省钱？”Kennametal高级全球产品经理Ronald West说。“随着当今机床具备更高速度和进给，刀夹持比以往任何时候都更重要，以发挥高性能切削刀具的能力。”

一些制造商将投资放在机床和最新刀具切削技术上，但许多公司使用不合适的通用刀柄的现象并不少见。然而，它是当今高性能环境中最重要的要素之一——特别是在处理先进材料的航空航天应用中，West解释道。

“侧固式刀柄在行业中仍很普遍，但这对公司现在购买的硬质合金切削刀具投资真是不公平，”West说。“刀柄需要与当今使用的高性能机床相匹配。”

阻止刀具移动，避免额外废品，挽救刀具寿命

考虑刀具拔出。钛合金和其他耐热超合金的加工不仅在轴向和径向产生高切削力，也在轴向产生高切削力（原文重复，应为切向力），这可能导致刀具拔出。使用正确类型的刀柄防止刀具失效和零件报废更为重要。移动量可能不大——每次仅几千分之一英寸，但足以报废一些非常昂贵的零件。无论您在刀柄上磨多少槽和平面，它仍会移动，极可能在您最意想不到的时候。

最佳解决方案是专门设计消除拔出的刀柄。许多供应商授权Haimer专利Safe-Lock技术。所有这些在改善跳动特性的同时，都远超传统侧固式刀柄。以下是部分可用解决方案：

• Sandvik Coromant CoroChuck 930液压铣刀柄采用“支点”式两点机制防止移动。
• Kennametal HydroForce™重铣液压夹头宣称卓越跳动和精度——可选SAFE-LOCK套筒有助于避免难加工材料（如航空航天和能源行业用材）中的拔出。
• Big Kaiser Mega Perfect接受Weldon平尾铣刀，据称能消除滑移和拔出。

想最大化金属加工效果？阅读“如何用刀柄最大化机床生产力”。

控制谐波、振动和主轴

您以前所未有的速度旋转刀具，多年容忍的跳动将迅速毁掉最好的铣刀。如果刀具寿命差还不够糟，更高转速产生的谐波导致振动，可能因不平衡造成主轴损坏。

您有几个选项管理这些更高速度、进给振动和谐波问题，包括：热缩刀柄、液压夹头和机械铣刀夹头。您应自行测试每一种，记录结果，并基于您机床上的表现而非价格做决定。

热缩刀柄

您需要一台热缩机，每次换刀要多花一两分钟加热冷却刀柄，但许多车间坚信热缩刀柄的极致精度和固有平衡。Haimer称总共不到40秒。

液压刀柄和夹头

液压夹头精度高、使用简单且提供强大刀具夹持能力。Kennametal的HydroForce™用于重铣，例如，宣称夹持力是传统液压夹头系统的三倍，操作只需一把内六角扳手。HydroForce夹头具有阻尼能力，加工钛合金和其他高温合金时能改善刀具寿命。

机械铣刀夹头

Schunk、Iscar、Guhring等销售额定20,000 rpm、跳动0.0002英寸或更好的机械铣刀夹头（Sandvik Coromant、Big Kaiser等也是）。操作同样简单，刚性和夹持力远超百年历史的Weldon平尾。

说到传统刀夹持，希望您的新机床配备HSK、Capto、KM4X或可比主轴接口。CAT和BT法兰对要求不高的工作完全没问题，但在高主轴转速下加工HRSA材料或修模型腔，需要现代主轴接口。

在这些机床转速下，您需要刀具动平衡

大多数刀具专家说，主轴转速20,000 rpm或更高时，平衡刀柄组件是必须的，而其他人建议门槛更低。

“运行这么快的机床，通常超过12,000 rpm，建议始终平衡完整系统（即带切削刀具的刀柄），”West说。“这只会增加刀具寿命并减少主轴磨损……由于设计和所需硬件，用弹簧夹头或铣刀适配器维持平衡稍难，但通常液压夹头和热缩适配器更容易为高速应用精细平衡。”

West指出，6,000 rpm时您不太会注意到不平衡，但高转速下刀具平衡至关重要——这是谈论刀柄时容易被误解的地方。

为此需要专用平衡机，以及刀具预调过程中的额外工作。确保您在预调。预平衡刀柄不够，因为包括切削刀具和拉钉（CAT和BT机床）在内的整个组件必须作为一个整体平衡。遵循这些建议并包含延长刀具寿命的例行维护，可减少停机并帮助制造更好零件。

“您可以用合适的刀柄展示工件性能改进，”West说。“这是容易被忽视但能产生巨大差异的东西。”

您在高性能加工中心注意到刀柄的差异了吗？分享您的经验。