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数控车床、车削中心的高速化,要求适应更高速度、更高效率的卡盘。
高速卡盘对许多应用场合已变得越来越常见了。但尽管有那么多机械师需要高速度,但诸如机床精度、速度能力和质量等因素,仍然是重要的。
在工件夹持装置中,技术发展有时滞后于工业中最新的车削中心,数控车床和加工中心等机床的改进。较高的主轴速度正在迫使加工车间重新审视他们的卡盘需求。
在工件夹持方面,过去150年间没什么新创造,它实际上只是老技术的重复应用。Sumikin Bussan Inter-national公司Kitagawa分部副总裁认为,趋势是跟随车床技术和切削刀具技术发展,速度正随着主轴转速的升高而日益成为一个更重要因素。
适用于某些运动速度超过10 000r/min的高速卡盘已经在北美亮相,引人注目的是Goss & Deleuww Ma-chine公司在1998年IMTS上推出的一种高速卡盘,但相对而言,要求速度超过6000r/min-7000r/min的应用场合并不多,而这在欧亚.倒是常见的。他们正与日本的机床制造商合作,开发高速应用达到10 000r/min的机动卡盘技术。那是一种卡爪卡盘Kitagawa公司希望将来把它拿到北美来。
高速度的危险 SMW Autoblok公司的总裁认为,多数应用场合不需要车床在6000r/min以上运转。一个不可靠的卡盘旋转得过快对车间人员会是很危险的。这将冒着彻底掰断螺栓的风险。有一家汽车厂,一台4000r/min的机床运行时,有一小块铜片从卡盘上飞出嵌入近旁的一个钢结构物内。人们可以想像工件飞离机床是非常危险的。每一台机床都应按对工人提供足够的安全保护而建造的。在美国,如果有什么人被致伤,律师会排队找上门的。
安全必须是首要考虑因素。并不是所有卡盘制造商,在公布卡盘夹持力曲线上的数据时,都使用了同样的评定值。SMW Autoblok是在夹持力丧失50%时测量它的卡盘最大转速的,而另一家竞争者的参数则是在夹持力丧失66%时所得的,因而安全级别不一样。
高速度不一定意味着高转速,很少应用在8 000r/min运行的卡盘,使用更多的是在5 000r/min运行的254mm高速卡盘。
也许是由于担心可能的诉讼,使某些海外制造商推迟了他们将其最高速的卡盘向北美市场销售的时间,而宁愿把那些型号先销售欧洲和亚洲,直到最高速卡盘技术得到现场验证为止。而在这之前,最快速度的卡盘也许只能从Goss&Deleuww得到了。该公司已对其新的平衡块卡盘做过测试,所用速度可能超出了被看作是车削速度最高标准的数值。公司领导Hippner说,“我们曾经大大超过10000r/min,但张扬这一点没什么意义,因为谁也没有真正转得这么快的车床。”他指出多数车床今天运行在5 000r/min-7000r/min之间,在某些车间车削零件最高转速达到8 000r/min。有两台较小型的车床则在10 000r/min转速下工作,一台在Wasino公司,一台正由Spinner公司开发中。
较快的卡盘速度正变得越来越常见,但在某些情况下,对高速应用场合,与传统机动卡盘比,可能弹性夹头更合适。Hardinge公司工件夹具工程经理认为高速确实是一种趋势,市场上见到的若干高速卡盘,甚至就在现在,也超前于机床。但机床有朝更高主轴速度能力发展的趋势,再加上提高生产率,所以这类高速卡盘可能会有一定市场。至于它是否占统治地位,那是另外的问题了。
精度是关键 今天的车间要求不只是改善卡盘的速度等级,也要求提高精度后所达到的产品质量。Logansport Matsumofo公司副总裁兼总经理Lane说,“人们既希望卡盘转得快些,但他们也希望有越来越高的优质产品。我干这一行也有不少年头了,我已亲眼看到对车削工序的尺寸精度要求从差不多0.05mm提高到现在这些新车床所要保持的0.013mm。这是相当精密的,所以这些工件夹具也要改进。它必须具有在相同环境下完成工作的能力,所以人们正在努力工作以取消在某些情况下的磨削工序,因为车削中心能完成此种工作。我已觉察到我们的工件夹具必须在这方面发展,以便能在车削环境下站得住脚。有的卡盘样本都是在7 000r/min运行的卡盘,它们正是标准的三爪卡盘。”
Lane把终端用户对产品质量的强调,以及消除后续加工(如磨削),看作是市场成功的关键。他认为如果一位用户能在车床上取得他需要的最终结果,那他就会抛掉磨削工序。
如果要对一些短加工周期的较小零件作出选择,那么使用弹簧夹头,与传统机动卡盘比,可能是一种较好的选择。那些通常使用卡盘夹持的零件一般多是较大的,它可能是头道工序,那时零件还相当粗糙,它可能是棒料,也可能是一个铸件。你也许不是立刻就需要精度,而且.你也不能用最高速度去加工它。当完成某些工序后与当时所处的状态比较,你已获得了一个具有更好的内在平衡的零件,这时它可以在较高速度上运转。
免保养卡盘 机械师经常面对的另一个问题是在加工操作中保持卡盘无切屑和其他残渣。由于在加工操作期间,高达7MPa的高压冷却液经常冲掉大部份卡盘润滑剂,并且还把切屑和粉尘推入卡盘运动件内,所以Autoblok公司开发了一种新的全密封卡盘,并在EMO上展出。
Autoblok的新型密封卡盘系列以滑动卡爪和无需每日保养为特色。此卡盘全密封以阻止液体、油泥和碎末侵入,使卡盘在即便是使用高压冷却液时也能保存住润滑脂。高压冷却液的头号作用是在很短时间内吹走卡盘上所有润滑脂。任何类型的卡盘润滑脂都将被吹走。高压冷却液给人的另一个印像是它把切屑和碎末推入卡爪滑道内。
润滑脂的流失能迅速导致卡盘磨损甚至损坏。同样,如果一个卡盘的移动件被切屑或油泥所堵塞,那卡盘将要卡住,直至丧失夹持力。Autoblok公司新的225mm, 270mm和330mm密封卡盘有带公制细牙标准卡爪座的三卡爪型和英制细牙型的两种。
快换卡盘 除增加速度外,工件夹具制造商还一直力求减小用户花在安装和调整上的时间。朝着这一目标,许多卡盘制造商现正在推销卡盘上的快换卡爪,后者的应用目的是减小安装时间,提高总的制造生产效率。
快换正变得日益普及。过去,快换工件夹具通常存在两个问题:一是它比标准工件夹具略贵,二是对任何一个快换系统,切屑堵塞都是一个大问题。任何快换系统,当你有时取下它,以后再装回去时,总有可能带进某种脏物,这将影响到精度,或影响卡盘的功能。
一些观察者注意到许多工件夹具用户还没能找到快换卡爪的卡盘,以便能真正有效地提高整个加工生产效率。大约有5%的卡盘购买者选择相对新的快换系统,这能使某些用户节省约1/5的更换卡爪需要的安装时间。
使用快换卡爪可以是很精确的,因为系统包含一些固定的位置,以使操作者再放回时用,这与普通卡爪不同。所以,它不容易与普通卡爪弄错。
时间节省的好处,与整个更换时间相比,可能微不足道,因为你不仅需要更换卡盘上的卡爪,你也许还得调整机床,装上所有新刀具,装载新程序,所以在换卡爪时间上的节省可能只占很小百分比。
定制工件夹具 除快换工件夹具外,定制工件夹具这种解决方案对用户也变得越来越重要。过去20年,受到公司小型化潮流的压力,许多过去曾雇用专职工件夹具专家来进行的制造工序,今天在自己单位里完全没有这方面的内行了。历史上有一些公司总是直接取下随车床一起来的标准卡盘,之后他们制作自己的工件夹具在车床上干活。现在对一些公司有一种趋势,那就是发挥定制工件夹具的优点,这也许是一种更好的方式。他们可以与一家夹具商联系并打听:“这是我要加工的零件,1个月要做10万件。我现在使用一个标准三爪卡盘,觉得还不错;这是最好的方法吗?是否还有更好的方法?”于是,他们在寻求定制工件夹具。
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