刀柄技術應對航空航天工業領域的嚴峻挑戰
2014-6-6 來源：數控機床市場網 作者：
制造業的所有階段都在生產高質量零部件的過程中發揮了重要作用，刀柄幫助了許多制造商處理了航空航天工業領域所面臨的嚴峻挑戰。
如今的航空航天加工業，正面臨幾個刀柄方面的挑戰——加工材料很困難，金屬切除率達不到要求，繁冗的組件還需要長而笨拙的道具懸伸。在這些情況下，刀柄必須完美地執行，并提供強大的夾持力、高精度和振動控制，因為在航空航天工廠里，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大損失。
為了避免這樣的結果，許多航空航天工廠用機械刀柄系統代替其他流行的使用熱力或液壓系統功能的刀柄系統。先進的機械刀柄系統不僅提供了高水平的夾持力，而且還為極低的TIR率提供最有可能的振動衰減，以提高刀具壽命，并提升零部件表面光潔度。
航空航天工廠選擇機械系統的主要原因之一是簡單明了的：他們經歷了多次失敗，往往是由于刀具拔出、振動或者跳動。例如，我們可以想到，一個典型的具有JIT配送環境的航空航天工廠，已經將一星期的加工時間價值轉化成一個巨大的飛機翼梁。然后，在加工過程結束的時候，銑刀退出刀柄，此時飛機翼梁只變化了0.060"這樣一個不明顯的量。
當用Inconel合金或者鈦合金這樣昂貴的材料加工零部件時，刀具拔出的影響就變得更大了。
舉例來說，從一塊價值10萬美元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，在這一點上如若退出刀具，將會造成巨大的損失。
舉例來說，從一塊價值10萬美元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，在這一點上如若退出刀具，將會造成巨大的損失。
防止刀具拔出
為了努力地防止切削刀具的拔出，航空航天工廠往往會采取自己動手的方法。這些自制解決方案包括在刀具里利用電火花工藝加工一些孔，這樣便可以將驅動銷插進孔里使刀具保持原位。
雖然機械刀柄系統提供了令人難以置信的控制能力，但是模具制造商還是通過鎖定刀具來防止其拔出這樣的方式，以此來繼續積極地發展能提供更高安全性的機械系統。
“隨著系統可以更改一個切割工具的刀柄，刀架制造商通常會開發一套專利系統，并同意切削工具公司為了特殊的刀架系統而修改他們的切削工具，”REGO-FIX刀具公司的高級產品工程師大衛·麥克亨利解釋道，“然而，不好的一面是，工廠只能被迫使用這些與刀架公司簽有協議的制造商生產出的刀具。這限制了一個工廠對刀具的選擇，由于增加了修改刀具柄這樣的加工過程，通常使得切削刀具增加了額外成本。”
也有其他的鎖定系統，使用特殊的ER夾頭來增加長度。這個額外的固體部分將有一個凸節或銷，由于工具會轉向夾具背面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里。鎖住系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，因此由于刀具末端有一個典型的錐狀物存在，從而在刀具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，但由于夾頭頂部有一個固體部分，所以僅僅需要將夾頭的背面夾緊即可。
相對于刀柄上的標簽或者磨削出的特殊凹槽圖案，一個新的工具鎖定系統REGO-FIX secuRgrip刀具，使用了一種特殊的螺紋嵌件或鍵，從而不再需要改變刀具。簡單而有效的設計是公司行之有效的powRgrip機械刀具夾緊系統的一部分，只要刀柄有一個普通標準的韋爾登型平面，就可以讓工廠使用任何現成的工具。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刀具系統的小插件被放置在切割器的韋爾登型平面上。插入件的底部剖面與韋爾登型平面相匹配，且其外露的螺紋與PG筒夾的內部螺紋相匹配。用戶將插入件保持原位，同時將工具滑至夾頭。夾頭被旋轉以便它的螺紋與插入件吻合，然后想盡一切辦法將工具擰緊到夾頭上。該切割器的夾頭組件被壓入到一個powRgrip刀具系統中，并且一個特殊的外部螺母擰緊到托架上，以增加拔出的安全性。
現存有powRgrip刀具托架的工廠可以將這些托架轉換為secuRgrip刀具托架，僅僅只需通過給powRgrip刀具系統的外部裝上可以接受螺母的PG25或者PG32托架即可。
secuRgrip刀具托架可以容納0.472"到1.000"的刀具直徑。由于托架體的拉伸強度要高于切割工具所具有的拉伸強度，托架將要承受足夠強大的切割力才能破壞secuRgrip刀具托架。
保持力，減振
據麥克亨利說，航空航天工廠一直在研究，希望使得刀具壽命變得更長。當為渦輪葉片加工特殊材料時，例如，得到了額外的幾分鐘切割時間，或者甚至使用一個切割工具可以多加工出一個零部件，可能看起來像是不起眼的收益，但這些都意味著成本的顯著減少，并且節約了時間。此外，許多用于航空航天領域的刀具價格都很昂貴，而且常常在變鈍后不能重新被磨快，所以在這些情況下較長的刀具壽命可以降低工具的成本。
采用如今的先進刀具來實現壽命的最大化在很大程度上取決于它們連接到機床主軸的刀柄。由于在航空航天工廠里機床主軸轉速和進給率持續增加，所以刀柄的減振能力成為更重要的因素。如果刀柄控制得更好或者能更好地減振，那么刀柄的TIR則會更緊。而刀柄的TIR更緊，將會有助于提高工具的壽命，以及提高零件的精度和表面光潔度。
機械刀具夾緊系統可以提供低至大約幾微米的TIR等級。例如powRgrip刀具可確保同心度（TIR），工具長度達到3xD（直徑）時其偏差低于3μ（0.0001"），并且長度在調整前其重復精度小于10μ（0.0004"）。
這些研究結果的秘密在powRgrip刀具的內部。由于刀柄和夾頭之間具有功能性的接觸面，所以powRgrip將會實現更大的減振效果。這種刀具要比非機械系統如熱縮刀具擁有更好的吸振功能。
振動產生于切割工具，或者甚至來自于獲取加工零件的夾具系統——通過切割工具，進入刀柄系統，再到機床主軸，最后回來進行工件表面光潔度的加工。振動得以發生是由于沿主軸刀架接口的任何地方都不能吸收振動。
該powRgrip刀具系統通過創建麥克亨利所提到的材料斷裂來吸收振動。吸收振動的過程始于一個切割工具，其主要由高速鋼、硬質合金和鈷制成，且每一種材料都有其固有的振動頻率或諧波。切割工具被固定在一個夾頭中，該夾頭也是由一種特殊類型的鋼制成，然后將切割工具插入到一個由一種不同類型的鋼制成的powRgrip刀架中。
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測試，已經證明了標準powRgrip刀具的減振能力超過了熱收縮型系統。
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