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刀柄（bǐng）技術應對航空航天工業領域的嚴峻挑戰（zhàn）

2014-6-6 來源：數（shù）控機床市場網作者：

製造業的所有階（jiē）段都在生產高質量零部（bù）件的過（guò）程中（zhōng）發揮了重要作用，刀（dāo）柄幫助了許多製造商處理了航空航天工業領域所麵臨的嚴峻挑（tiāo）戰。

如今的航空（kōng）航天加工業，正麵臨幾個刀柄方麵的挑戰（zhàn）——加工（gōng）材料很困難，金屬切除率達不到要求（qiú），繁冗的（de）組件還需要長而笨拙的（de）道具懸伸。在這些情況下，刀（dāo）柄必須完美地執行（háng），並提供強大的夾（jiá）持力、高精度和振動控製，因為在航空航天（tiān）工廠裏，任何階段一個刀柄產生的故障都會導致時間和金錢上的巨（jù）大損失。

為了避免這樣的結果，許多航空航天工廠用機（jī）械刀柄係統代替其他（tā）流行的使用（yòng）熱力或液壓係統功能的刀柄係統。先（xiān）進的機械刀柄係統不僅提供了高水平的夾持力，而且還為（wéi）極低的TIR率提供最有可能的振動衰減，以提高（gāo）刀（dāo）具（jù）壽命，並提升零部件表麵光潔度。

航空航天工廠選擇機械係統的主要原因（yīn）之一是簡單明了的：他們（men）經曆了多次失敗，往往是由於刀具拔出、振動或者跳動。例如，我們可以想到，一個典型的具有JIT配送環境的航空（kōng）航天工廠，已經將（jiāng）一星期的加工（gōng）時間價值轉化成一個巨大的（de）飛機（jī）翼梁。然後，在加工過程結束的（de）時候，銑刀（dāo）退（tuì）出刀柄，此時飛機翼梁隻變化了0.060"這樣一個不明顯的量（liàng）。

當用Inconel合金或者鈦合金這樣昂（áng）貴的材料加工（gōng）零部件時，刀具拔出的影響就變得更大了。

舉（jǔ）例來說，從一塊價值10萬美元（yuán）的鈦合金原料板上加工一個大型航空航天組件是不罕見的，當其完成（chéng）四分之三時就已經價值50萬美元了，所以除了所浪費的加工時間外，在這一點上（shàng）如若退出刀具，將（jiāng）會造（zào）成巨大的損失。

舉例來說，從一塊（kuài）價值10萬美元的鈦合金原料板（bǎn）上加工一個大型航空航天組件是不罕見的，當其完成（chéng）四分之三時就（jiù）已經價（jià）值（zhí）50萬美元了，所以除了所浪費（fèi）的加工時間外，在這（zhè）一點上如若退出刀具，將會造成巨大的損失（shī）。

防止刀具拔出

為了努力地防止（zhǐ）切削刀具的拔出，航空航天工廠往往會采取自己（jǐ）動手的方法。這些自製解決（jué）方案包括在刀具裏利用電火花（huā）工藝加工（gōng）一些孔，這樣便可以（yǐ）將驅動（dòng）銷插進孔裏使刀（dāo）具保持原位。

雖然機械刀柄係統提供了令人難以置信（xìn）的控製能力，但是模具製造商還是通過鎖定刀具來防止其拔出這樣的（de）方式，以此來繼續（xù）積極地（dì）發展能提供更高安全性（xìng）的機（jī）械係統。

“隨著係統可以更（gèng）改一個切割工具的刀柄，刀架製造商通常會開發一套專利係統，並同意切削工具公司為了特殊的刀架係統而修改他（tā）們（men）的切削（xuē）工具，”REGO-FIX刀（dāo）具公司（sī）的高級產品工程師大衛·麥（mài）克亨利解釋道，“然而，不好的（de）一麵（miàn）是，工（gōng）廠隻能被迫使用這些與刀架公司簽有協議的製（zhì）造商生產出的刀具（jù）。這（zhè）限製（zhì）了一個工廠對刀（dāo）具的選擇，由於增加了修改刀具柄這樣的加（jiā）工過程，通常使得切削刀具（jù）增加了額外成本。”

也（yě）有其他的鎖定係統，使用特殊的ER夾頭來增加長度。這個（gè）額外的固體部分將有一個凸節或銷，由於工具（jù）會轉向夾具背麵的位置從而使得這個凸節或銷能夠嵌入在切削工具的凹槽裏。鎖住（zhù）係統凹槽的末端位置是很可靠的。

根據麥克亨利所說，這樣做的缺點是，切削刀具凹槽末端很少是直的，因此由於刀具末端有一個典（diǎn）型的錐狀物存在，從而在刀具（jù）對接的時候就不會有牢固的插孔。為了獲得最大的保持力，整個ER彈簧夾頭必須夾緊切割器，但由於夾頭頂部有一個固體部分，所以僅僅需要將夾（jiá）頭的背麵夾緊即可。

相對於刀柄上的標簽或者（zhě）磨削出的特殊凹槽圖（tú）案，一（yī）個新的（de）工具鎖定係統REGO-FIX secuRgrip刀具，使（shǐ）用了一種特殊的螺（luó）紋嵌件（jiàn）或鍵，從而不再需（xū）要改變刀（dāo）具。簡單而有效的設計是公司行之（zhī）有（yǒu）效的powRgrip機械刀具夾（jiá）緊係統的一部分，隻要刀柄有一個普通標準的韋爾登型平麵，就（jiù）可以（yǐ）讓工（gōng）廠使用（yòng）任何現成的工具。secuRgrip刀具進一步增強了powRgrip刀具的極端保持能力。

為了將切割器鎖定到位，secuRgrip刀具（jù）係統的小（xiǎo）插件被（bèi）放置在切割器的韋爾登型平麵上。插入件的（de）底部剖麵與韋（wéi）爾登型平麵相匹配，且其外露的螺紋與PG筒夾的內部螺紋相匹配。用戶將插入件保（bǎo）持原位（wèi），同時將工具滑至夾頭。夾頭被旋轉以便它的螺紋與插（chā）入件（jiàn）吻合，然後想盡一切辦（bàn）法將工具擰緊（jǐn）到（dào）夾頭上。該切割器的夾頭組件被壓入到一個powRgrip刀（dāo）具係統中，並且一個特殊的外部螺母擰緊到托架上，以增加拔出的安全（quán）性。

現（xiàn）存有powRgrip刀具托架的工（gōng）廠可以將這些托架轉換為（wéi）secuRgrip刀具托架，僅僅隻需通過給powRgrip刀具係統的外部裝上（shàng）可以接受螺母的PG25或者PG32托架即可（kě）。

secuRgrip刀具托架可以容納0.472"到1.000"的刀具直（zhí）徑。由於托架體的拉伸強度要高於切割工（gōng）具（jù）所具有的（de）拉伸（shēn）強度，托架將要承（chéng）受足（zú）夠強大的（de）切割力才能破壞secuRgrip刀具托架。

保持力，減振

據麥克（kè）亨利說，航空航天（tiān）工（gōng）廠一直在研究，希望使（shǐ）得刀具壽命變得更長。當為渦輪葉片加工特殊材料時，例如，得到了額外（wài）的幾分鍾切割時間，或者甚至使用一個切割工具可以多加工出一個零（líng）部件，可能看起來像是不起（qǐ）眼的收（shōu）益，但這（zhè）些都意味著成本的顯著減少，並且節約了時間。此外（wài），許多（duō）用於航空航天領域的刀具價（jià）格都很（hěn）昂貴，而且常常在變鈍後不（bú）能重（chóng）新被磨快，所以在這些情況下較長的刀具壽命可以降低工（gōng）具的成本。

采用如（rú）今的先進刀具來實現壽命的最大化在很大程度上取決於（yú）它們連接到機床主軸的刀柄。由於在航空航天工廠裏機床主軸轉速和進給率持續增加，所（suǒ）以刀（dāo）柄的減振能力成為更重要（yào）的（de）因素。如果刀柄控製得更好或者能更好地減振，那麽刀柄（bǐng）的TIR則會更緊。而刀柄的TIR更緊（jǐn），將會有助於提高工具的壽命，以及提高零件的（de）精度和表麵光潔度。

機械刀具夾緊係統（tǒng）可以提供低至大約幾微米的TIR等級。例如powRgrip刀具可確（què）保同心度（TIR），工具長度達到3xD（直徑）時其偏差低於3μ（0.0001"），並且長（zhǎng）度在調整前其重複精度小於（yú）10μ（0.0004"）。

這些研究結果的秘（mì）密在powRgrip刀具的內部。由於刀柄和夾頭之間具有功能性的接（jiē）觸麵，所以powRgrip將會實現更大的減振效果。這種刀具要比（bǐ）非（fēi）機械係統如（rú）熱縮刀具擁（yōng）有更好的吸振功（gōng）能。

振動產生於切（qiē）割工具，或者甚至來自於獲取加工零件（jiàn）的夾具（jù）係統——通過切割工具，進入刀柄（bǐng）係統，再（zài）到機床主軸，最（zuì）後回來進行工件表麵光潔度的加工。振動得以發生是由於沿主軸刀架接口的任何地方都不能吸收振（zhèn）動。

該powRgrip刀具係統通過創（chuàng）建麥克亨利所提（tí）到的材料斷（duàn）裂來吸收振動。吸收振動的過程始於一個切割工具，其主要由高速鋼、硬質（zhì）合金（jīn）和鈷製成，且每一種材（cái）料都有其（qí）固有的振動頻率或諧波（bō）。切割（gē）工具被固定在一個（gè）夾頭中，該夾頭也是由一種（zhǒng）特殊類型的鋼製成，然後將切割工具插入到一（yī）個由一種不同類型的鋼製成的powRgrip刀架中（zhōng）。

據麥克亨利說，使用不同的材料，這些材料都有自己獨特的諧波/頻率，會產生破裂或缺口。通過帶領歐洲的大學進行（háng）測（cè）試，已經證明了標準powRgrip刀具的減（jiǎn）振能力超過了熱收縮型係（xì）統。

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