刀柄拉钉对加工的影响.pdf

2023年 第9期 冷加工53刀具Cutting Tool刀柄拉钉对加工的影响华斌江铃汽车股份有限公司车桥分公司江西南昌330004摘要：在数控设备中拉钉是联接主轴和刀柄的重要部件，锁紧拉钉的拧紧扭矩会严重影响加工质量和加工成本；拉钉的质量也是影响加工成本不可轻视的隐性问题，笔者用现场案例具体说明现象，希望对业内同行有借鉴作用。关键词：7/24锥柄；拉钉；拧紧扭矩；拉钉损伤；刀柄变形1 序言现在很多数控设备的刀柄是7/24锥度日本标准（MAS403）BT、BBT，锥度为724，大小规格有60、50、40和30，用BT刀柄实现刀具与机床主轴的联接。标准的7/24锥面联接有许多优点，如：可实现快速装卸刀具；刀柄的锥体在拉钉轴向拉力的作用下与主轴微量变形的内锥面接触，锥体在主轴的锥孔内安装各种刀具用于加工零件。因该类型刀柄只有一个锥度尺寸需加工到很高的精度，所以成本较低且可靠。7/24结构的刀柄使用较为广泛，而将刀柄和主轴联接的零件是拉钉，不同设计的主轴拉爪，会有各种不同结构的拉钉结构，但相同的是拉钉都是用螺纹与刀柄联接。由此可见拉钉是联接刀柄和主轴的关键零件之一，一个拉钉将承载主轴拉爪的所有拉力，将刀柄的锥面牢牢地固定在主轴锥孔中。拉钉将所有拧紧扭矩都传递到刀柄上，超过设计值的拧紧扭矩可能将刀柄拉伸变形1；另外拉钉的制造方式和制造精度也会影响刀柄在主轴中的定位精度。2 案例一2.1 现状介绍在一次新品加工中，车间反馈，使用一个新的液压刀柄安装合金钻头，因加工尺寸偏大，故用f12.6+0.25 +0mm的钻头，大品牌的新液压刀柄装夹钻头，加工铸件QT450材料，实际加工尺寸为f12.6812.75mm，远远大于工艺规划时预定的f12.6+0.05 0mm尺寸，且呈现入口大出口小的锥度趋势。更换了新钻头也是一样的超差。正常情况下，一支合金钻头加工此类型的工件材料，可以加工3万个以上的孔，现 在 的 这 个 情 况 造 成 了 停 机 的 严 重 损失。于是大家对相关内容进行检测：检测设备精度，符合相关标准。工件安装可靠，没有松动、位移等异常现象。加工参数正常，线速度为135m/min，进给量为0.18mm/r。排查刀具的安装方式正常，无污垢切屑等异常。刀柄锥部也无任何刮伤压痕等，表面干净光整。从这5个方面均没发现异常，因此需要对加工过程进行分析。2.2 过程分析在将刀柄放在对刀仪检测刀具的安装跳动值时，表现为刀具尺寸不稳定，每次检测的尺寸不一样，刀尖处最大有0.25mm偏差。用手轻轻左右摇晃，明显感觉到会有轻微径向晃动，发出“咯咯”的声音，疑似刀柄锥度不正常。为确认是否为刀柄制造误差，还是拉钉长度或是其他原因造成，计划将拉钉拆除，但发现根本无法将拉钉拆下。于是在没有拆卸拉钉的状态下，将刀柄在圆度仪上检测（见图1），检测出刀柄的724锥度面在拉钉锁紧螺纹的位置上有角度偏差（见图2），因此初步认定是拉钉锁紧力太大造成的。在使用多种方式拆卸后，损坏了一支拉钉扳手也没有拆下拉钉，最后是2023年 第9期 冷加工54刀具Cutting Tool用台虎钳锁紧拉钉的装夹位置，用大型扳手卡住刀柄的卡槽后，用了很大的力才终于将拉钉拆下。之后，马上在对刀仪上检测刀具跳动值，该液压刀柄安装钻头的精度恢复到正常的0.005mm跳动值。图1在圆度仪上检测刀柄的锥度图2圆度仪检测结果为不合格2.3 原因分析查找拉钉锁紧力偏差的原因时，发现是安装拉钉的定扭矩扳手设定错误，使用了BT50 的设定值安装锁紧BT40拉钉造成。对操作人员进行纠正和培训，防止今后类似情况的发生。拉钉拧得太紧会造成锥柄小端变形变大，仅刀柄小端与主轴接触2，刀柄拉钉锁紧后的变形区域如图3所示。刀柄拉钉拧紧错误与正确方式对比说明见表1。同样，我们可以推理出：如果拉钉锁紧力太大造成刀柄锥度部位的变形现象出现在铣削加工中，锥柄与主轴锥度不能贴合，加工必然会出现振纹、图3刀柄拉钉锁紧后的变形区域表1刀柄拉钉拧紧错误与正确方式对比说明刀柄拉钉拧紧方式说明错误方式刀柄拉钉拧得太紧，锥柄小端膨胀由于拉钉锁紧力过大造成的刀柄小端与主轴接触，加工效果不好，如果是铣刀，会崩损切削刃，如安装的是钻头，会容易崩损折断，如果安装了镗刀，加工的孔会小于或大于调整尺寸，或是造成毛糙、振动等现象，而且更容易造成机床主轴锥度损伤。可以观察到因为拧得太紧造成刀柄变形的拉钉，用正常手段很难拆下来。日常维护中务必防止此类事件发生正确方式 使用专用扳手，按 照刀柄、拉钉厂家推 荐的扭矩锁紧拉钉正确使用扳手，正确使用维护保养工具和刀柄，延长刀具使用寿命3，降低加工成本。有条件地使用扭矩扳手，并按刀柄厂家给定的扭矩锁紧拉钉，具体拧紧扭矩咨询刀柄厂家2023年 第9期 冷加工55刀具Cutting Tool高频啸叫、刀具快速剧烈崩损及频繁更换刀片等不正常现象，如果没有查找到此原因，会造成对整个系统的误判，浪费不必要的排查和停工时间，对加工成本造成浪费。综上所述，拉钉锁紧力太大也是直接影响刀具成本、加工质量和切削效率等的重要因素，而且是很不直观的隐性根源。3 案例二3.1 现状介绍另一个案例是一台新设备从设备投入到使用半年后的加工情况有比较大的差异，刀具寿命逐渐降低，加工表面粗糙度也呈现越来越差的现象，造成加工成本升高、加工质量不稳定等情况。3.2 原因分析经过排查，刀柄和刀盘等检测各精度和尺寸正常，同款刀片在其他设备上加工正常，刀具在对刀仪上跳动值正常（没有气动或手动拉紧装置），但在主轴内跳动值变化。经过仔细排查，发现是拉钉质量太差，为全部车削制作，硬度不达标，使用半年后设备拉爪将拉钉拉紧的工作面压出不均匀的凹槽，拉钉联接的刀柄在主轴内受力偏斜，刀具也就是歪斜状态，加工振动和表面粗糙度不良也正常。因为在没有拉紧装置的对刀仪上检查时没有异常的受力点，所以刀具在对刀仪上检测不出异常，仅在主轴上检测才会有偏差。3.3 改善方法在更换优质品牌的拉钉后，异常消除。经追溯，是设备验收期间，厂家没有正确使用合同要求的拉钉品牌，使用了劣质拉钉造成，设备厂家对该批次拉钉进行了更换，并对因此造成的相关损失费用进行扣除。4结束语一般认为刀柄刚性很好，不会变形，安装精度的误差主要是锥度的制造误差，而实际上错误的刀柄拉钉锁紧扭矩，也是影响刀具安装精度的重要原因之一。当加工出现问题时，一般情况下都会用标准棒检测主轴跳动精度，认为主轴精度没问题那机床就没有问题，往往忽略了对刀柄锥度的检测。特别是在BT30、BT40的机床上，刀柄的壁厚更薄，承受的径向变形能力更小，由于刀柄拉钉的锁紧力过大造成的724刀柄的锥度小端与主轴接触，不但加工效果不好，而且更容易造成机床主轴锥度损伤；使用不精确的锥柄会时刻损坏机床主轴，如果一天有1000次换刀，只要使用几周时间，锥角不正确的锥柄就能损坏一根全新的主轴，主轴与正常刀柄锥柄的接触面实际值减少，切削时刀柄在主轴内是高频率的晃动切削，造成加工振动、异响。设备的转速越高，刀具锥柄角度不良时，动平衡设计也会被破坏，高速切削时加工会有严重的振动。因此安装刀柄拉钉时必须使用专用的扳手，用适合的拧紧扭矩锁紧拉钉（注意：每个厂家的刀柄拉钉锁紧参数有所不同）。要确保安装拉钉扭矩正确，最好能采用扭矩扳手安装拉钉，不能用锤子敲扳手或其他可能超出拧紧扭矩的方法。专用拉钉扳手和拉钉都是小工具、小部件，但不正确地使用扳手或是劣质的材料会严重影响加工成本和效率；好的扳手虽然贵，但一旦获取后正确使用，就能为今后更多的工作夯实坚定的基础。拉钉是消耗件，也不容易区分优劣，要关注细节，重视规划环节和实施各环节的联系，防止劣质零部件对降本增效的影响。参考文献：1 张松，艾兴，赵军，等.高速主轴/刀柄联结特性的有限元分析J.现代制造工程，2004（12）：84-86.2 章宗城.刀柄系统的分类与选择J.金属加工（冷加工），2010（1）：34-37.3 大昭和精机株式会社.BIG大招和培训资料-刀柄使用注意事项 Z.2015.20230724欢迎关注微信公众号：机工刀具世界“机工刀具世界”定位于指导制造企业一线技术员工如何合理选择和使用数控刀具，介绍数控刀具使用技巧。关注刀具行业最新技术进展，为广大制造企业推荐先进、实用数控刀具产品。扫描二维码即可关注！