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立铣刀的动平衡
- 发布日期：17-03-14 17:16
- 点击数：88
自 20 世纪 80 年代中期兴起高速加工以来，已获得了迅速发展和广泛应用。目前的加工中心均具有较高的主轴转速，一般都在 15000r/min 和 24000r/min 的范围内。用于模具加工中心或铣削中心，由于加工时常常采用较小直径（ 2 ～ 12mm ）的铣刀，其最高主轴转速一般为 42000r/min ，有的高达 60000r/min 。
很显然，高速旋转的铣刀系统，存在的残余不平衡量（ 不对称质量 ）会产生与转速成平方关系的离心力，这种动态负载会激起铣刀和机床的振动，从而导致加工表面质量、铣刀寿命和主轴轴承寿命的下降，甚至影响到加工过程的正常进行。为减小或限制这种有残余不平衡量产生的动态负载的影响，应对铣刀系统进行必要的动平衡。
1、引起铣刀系统不平衡的原因
在机床主轴—夹头—铣刀系统中，不平衡量（ 不对称质量 ）主要是由下列原因引起的：
（1）铣刀的不对称形状；
（2）刀夹的不对称形状；
（3）铣刀系统构件的加工误差；
（4）铣刀系统构件链接间隙和夹紧的不精确；
（5）主轴的圆跳动和磨损；
（6）在主轴锥孔和铣刀上粘有杂质颗粒；
（7）主轴中拉杆—叠形弹簧的偏移；
（8）冷却润滑液的影响等。
这些不平衡量，往往会对高速精加工产生不利影响。特别当采用较长悬臂铣刀进行高速精加工时，其影响尤为严重。在以前，为减少铣刀系统不平衡量对加工精度的不利影响，不得不采用较低的转速进行加工，这样，致使机床能力得不到充分利用。因此，为了充分利用高速加工的优点，就必须对主轴—铣刀系统进行动平衡，以便减小振动负载，并尽可能讲较高的精度传递到铣刀的切削刃上。
2、铣刀系统的动平衡
动平衡就是要使铣刀系统的回转体质量进行均匀分布，以减少回转体旋转时由不平衡量产生的离心力。
对于短小又对称的整体式铣刀，平衡时要修正的重量通常只有百分之几克，所以仅进行静平衡就足够了。而对于非对称结构的悬臂铣刀（悬伸长度约 300mm ）必须要在两个校正平面上进行平衡，以尽量清除不平衡量误差。推荐对铣刀、夹头和主轴单独进行动平衡，然后，夹头连同铣刀一起还应再一次进行动平衡。如一把在 10000r/min 转速下工作的偏心传动受控铣刀，为确保工件的加工质量，铣刀分四步进行了动平衡。第一步，偏心传动的刀体连同装上的平衡校正工具在动平衡机上以 1500r/min 的转速进行动平衡。第二步，铣刀在动平衡机上以同样的转速进行动平衡。第三步，偏心传动刀体连同装上的平衡校正工具在主轴上以 10000r/min 的转速进行动平衡。第四步，安装在刀体中的铣刀在主轴上以同样的转速进行精平衡，由此最终达到好于 G2 的平衡品质。
另外，对于一些高速加工铣刀和夹头，如结构上允许，还应该在刀体（刀盘）上设置为今后进行精平衡或再平衡用螺钉或平衡环等微調机构，或设置多个平衡孔，以使铣刀系统达到最佳的动平衡效果。
3、铣刀的自动平衡系统
即使铣刀和夹头已进行了动平衡，但是当铣刀夹头装到主轴上时还会由于夹紧不精确性而产生不平衡（对于空心锥柄 HSK 接口，这个值一般在 2 ～ 5μm内），另外，还有可调铣刀的调整、主轴中拉杆——叠形弹簧的偏移引起的不平衡以及随机出现的其他不平衡。这些连接的不精度和变化的不平衡状态是无法进行预防性修正的。因此，对于高速精密加工，最好是采用自动平衡系统，以便对整个铣刀—主轴系统在工作过程中进行在线动平衡，以补偿上述干扰量。
目前在生产中可供使用的自动平衡系统是一种电磁动平衡系统，这种系统有两种使用方式：一种是将由传感器和致动机构组成的动平衡部件安装在结构相配的主轴上，另一种则是将致动元件装在刀夹里，这种电磁动平衡系统可以在 60000r/min 转速下进行自动平衡。
随着铣刀材料和铣刀技术的进一步发展，加工的切削速度越来越高，铣刀系统的动平衡已成为高速精加工的必要条件。因此，高速加工的用户，应根据具体的加工情况，通过铣刀系统适度的动平衡或采用自动平衡系统，来获得最佳的技术经济效益。
很显然，高速旋转的铣刀系统，存在的残余不平衡量（ 不对称质量 ）会产生与转速成平方关系的离心力，这种动态负载会激起铣刀和机床的振动，从而导致加工表面质量、铣刀寿命和主轴轴承寿命的下降，甚至影响到加工过程的正常进行。为减小或限制这种有残余不平衡量产生的动态负载的影响，应对铣刀系统进行必要的动平衡。
1、引起铣刀系统不平衡的原因
在机床主轴—夹头—铣刀系统中，不平衡量（ 不对称质量 ）主要是由下列原因引起的：
（1）铣刀的不对称形状；
（2）刀夹的不对称形状；
（3）铣刀系统构件的加工误差；
（4）铣刀系统构件链接间隙和夹紧的不精确；
（5）主轴的圆跳动和磨损；
（6）在主轴锥孔和铣刀上粘有杂质颗粒；
（7）主轴中拉杆—叠形弹簧的偏移；
（8）冷却润滑液的影响等。
这些不平衡量，往往会对高速精加工产生不利影响。特别当采用较长悬臂铣刀进行高速精加工时，其影响尤为严重。在以前，为减少铣刀系统不平衡量对加工精度的不利影响，不得不采用较低的转速进行加工，这样，致使机床能力得不到充分利用。因此，为了充分利用高速加工的优点，就必须对主轴—铣刀系统进行动平衡，以便减小振动负载，并尽可能讲较高的精度传递到铣刀的切削刃上。
2、铣刀系统的动平衡
动平衡就是要使铣刀系统的回转体质量进行均匀分布，以减少回转体旋转时由不平衡量产生的离心力。
对于短小又对称的整体式铣刀，平衡时要修正的重量通常只有百分之几克，所以仅进行静平衡就足够了。而对于非对称结构的悬臂铣刀（悬伸长度约 300mm ）必须要在两个校正平面上进行平衡，以尽量清除不平衡量误差。推荐对铣刀、夹头和主轴单独进行动平衡，然后，夹头连同铣刀一起还应再一次进行动平衡。如一把在 10000r/min 转速下工作的偏心传动受控铣刀，为确保工件的加工质量，铣刀分四步进行了动平衡。第一步，偏心传动的刀体连同装上的平衡校正工具在动平衡机上以 1500r/min 的转速进行动平衡。第二步，铣刀在动平衡机上以同样的转速进行动平衡。第三步，偏心传动刀体连同装上的平衡校正工具在主轴上以 10000r/min 的转速进行动平衡。第四步，安装在刀体中的铣刀在主轴上以同样的转速进行精平衡，由此最终达到好于 G2 的平衡品质。
另外，对于一些高速加工铣刀和夹头，如结构上允许，还应该在刀体（刀盘）上设置为今后进行精平衡或再平衡用螺钉或平衡环等微調机构，或设置多个平衡孔，以使铣刀系统达到最佳的动平衡效果。
3、铣刀的自动平衡系统
即使铣刀和夹头已进行了动平衡，但是当铣刀夹头装到主轴上时还会由于夹紧不精确性而产生不平衡（对于空心锥柄 HSK 接口，这个值一般在 2 ～ 5μm内），另外，还有可调铣刀的调整、主轴中拉杆——叠形弹簧的偏移引起的不平衡以及随机出现的其他不平衡。这些连接的不精度和变化的不平衡状态是无法进行预防性修正的。因此，对于高速精密加工，最好是采用自动平衡系统，以便对整个铣刀—主轴系统在工作过程中进行在线动平衡，以补偿上述干扰量。
目前在生产中可供使用的自动平衡系统是一种电磁动平衡系统，这种系统有两种使用方式：一种是将由传感器和致动机构组成的动平衡部件安装在结构相配的主轴上，另一种则是将致动元件装在刀夹里，这种电磁动平衡系统可以在 60000r/min 转速下进行自动平衡。
随着铣刀材料和铣刀技术的进一步发展，加工的切削速度越来越高，铣刀系统的动平衡已成为高速精加工的必要条件。因此，高速加工的用户，应根据具体的加工情况，通过铣刀系统适度的动平衡或采用自动平衡系统，来获得最佳的技术经济效益。
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