径向跳动误差的真正价值0桩工机械

径向跳动误差的真正价值

径向跳动误差的真正价值 2011年12月04日 来源： 看起来很小量的径向跳动误差仍然会给刀具带来巨大的影响。只有降低这一径向跳动误差，才有可能大大地提高刀具的使用寿命和生产效率。在加工中心中，理想的刀具径向跳动误差应该保持在什么范围才算是合适？许多加工车间认为这一问题的答案只不过是一个单一的数字问题。但根据精密刀柄供货商Big Kaiser公司（凯撒大帝公司，在伊利诺斯州的Elk Grove村） 对金属加工厂的非正式调查，他们认为大部分人可以接受的径向跳动误差约为0.0005 in(1in=0.0254m)。

保证刀具夹紧的同心度可以使刀具上的切削力和磨损分布更加均匀。刀具越小，其所需的同心度要求就越高

Jack Burley先生是凯撒大帝公司的销售和工程设计副总裁。他说，有时候大多数人的意见总是正确的。如果刀具的直径为3/4 in或更大一些，那么0.0005 in的径向跳动误差确实是非常理想的了。他说，如果将这一标准应用于加工车间内的所有刀具之上，那可能会造成严重的错误甚至付出高昂的代价。对于很小的刀具，应将这一径向跳动误差降低到0.0001 in的水平或更低一些，只有这样才能获得可观的效益，从而提高刀具的使用寿命和是生产效率。最近，在一项精密钻削加工操作实例中，加工车间所使用的钻头径向跳动误差为0.0002 in。该加工车间（与其它大多数加工车间一样）认为0.0002 in的径向跳动误差是很小的。然而，如将其转换到为精密夹紧装置而专门设计的刀柄时，可允许加工车间将这一径向跳动误差降低到0.00009 in或90μin。从微小钻头上所受的力和磨损程度来看，其分布比较均匀。因此，加工车间采用这种刀具可以更快地切削，加工周期可缩短20%。此外，刀具使用寿命可提高3倍。揭开径向跳动误差的实质图1 所示为Big Daishowa Seiki公司所做的测试结果，该公司是凯撒大帝公司的母公司。在实验中，一共用了4种不同的径向跳动误差值，测试了3根钻头。钻削的条件相同，除了刀具的材料和长度有所不同，所用的刀具直径都是一样的。这3根钻头，包括一把硬质合金刀具钻透3倍直径的深度，一把HSS高速钢刀具钻透同样的深度和一把HSS高速钢刀具钻透5倍直径的深度，其刀具的中间采用冷却液冷却。这些刀具的径向跳动误差范围从0.0006 in到80μin。

图1这里对三种不同的3-mm钻头以4种不同的径向跳动误差数值进行了测试，然后通过不同径向跳动误差对刀具使用寿命的影响进行比较。工件的材料是1055号钢。HSS高速钢刀具的运行速度和硬质合金刀具的运行速度分别为90 ft/min和250 ft/min。进给速度为0.004 in/r（lin-0.0254m）

Burley先生说，以上这些发现说明了几个重要的问题。其中一个问题就是正确的径向跳动误差并不只与刀具尺寸有关，而且也与刀具的材料有关。如果径向跳动误差的精度越高，刀具的使用寿命就越长。如果径向跳动误差很高，那么硬质合金钻头所受到的损害程度也越大。上述发现也进一步表明，一点小小的径向跳动误差会对3mm的钻头造成多大的影响。根据非正规调查，0.0006 in的径向跳动误差已经接近加工车间所认为的较理想数据。然而，进一步降低径向跳动误差的这一数值，可以使硬质合金刀具的使用寿命提高3倍左右。即使在刀具上有些极微小的变化，仍会使刀具的使用寿命提高60%以上。这种效果不但可以在钻削加工中表现出来，而且对小直径、4-切屑槽的硬质合金端面铣刀进行试验时，80μin与0.0006 in之间径向跳动误差的差距可使刀具的使用寿命提高30%以上。刀柄的特点Burley先生说，要达到这样的节约目标，首先应该从主轴着手。大多数加工车间都熟悉测试主轴径向跳动误差用的普通量规。这种量规实际上是一根经过高精度加工的棒料，测试时，使其在主轴的方向上缓慢旋转，从而测量主轴静态时的径向跳动误差。至于动态径向跳动误差的存在情况鲜为人知。当主轴的转速达到操作速度时，径向跳动误差会随着热量、振动和离心力等因素而发生变化。图2 所示为测量和评价主轴静态径向跳动误差所使用的普通量规和能够测量主轴动态径向跳动误差的量规。如果主轴的测量评价值表明其本身的径向跳动误差很小，可以为人们所接受，那么要保持低径向跳动误差的关键就在于刀具的刀柄了。

图2缓慢地旋转一根经过高精度加工的棒料就可以测量出主轴的静态径向跳动误差。而下面的非接触式测量装置则可以测量评价主轴在加工旋转状态时的动态径向跳动误差

Burley先生说，采用精密的刀柄，才能使刀具达到精密的同心度，而精密的刀柄设计应具有以下特点：(1)锥度公差刀柄锥度的加工精度对刀柄与主轴的配合有很大的影响。如果所生产的刀柄精度能够达到亚微米级水平并且其表面光洁度达到微米级镜面水平，那么其锥度与锥度的接触面就能超过96%以上。(2)夹头角度一般的刀柄夹头角度为16?。采用较小夹头角度的刀柄具有比较紧密的径向跳动误差数值。如图3 所示的夹头角度为8度。更换使用这样的刀柄，其夹紧范围较小。小角度的夹头，其夹紧范围要比16?夹头少一半左右。因此，径向跳动误差较紧密的刀柄需要更多的夹头，以便使其能涵盖同样的刀柄尺寸范围。(3)夹头螺母拧紧螺母可以使夹头夹紧刀具，因此螺母不仅仅是一个简单的硬件。该夹紧装置由夹头与螺母的内部滚道组合而成。一般来说，表面之间都存在一定的摩擦力，但是一个精密的夹头螺母可以在螺母与滚道之间安装球轴承，以减少这种摩擦力。降低了摩擦力就等于降低了切向力，否则就可能会造成夹头变形，从而增加径向跳动误差。(4) 把手也叫做拉杆，是刀柄的一个替换件，不要以为其价格便宜或可有可无，优质的把手具有较好的耐磨特性和抗变形能力，并有助于在刀柄的中心线上更精确地定位。同心度和成本通过直接的计算就可以确定径向跳动误差所可能造成的潜在费用或代价。例如图1中所示的试验用3mm硬质合金钻头，其费用约为40美元。当其达到最精密的径向跳动误差时，可允许钻削加工148个小孔，而其在最大的径向跳动误差时，只能钻削加工1/3数量的小孔。因此，采用精密的径向跳动误差时，加工每个小孔的费用可从80美分降低到27美分。所以，当加工车间采用精密径向跳动误差的钻头时，每钻削加工100个小孔，加工车间就可以节约50美元左右的资金。

图3带有较小夹头角度的刀柄可以更精确地夹紧刀具。一般的夹头角度为16度，而图中所示的这种夹头锥度角为8度

即便采用HSS高速钢刀具，节约的资金也是相当可观的。较短的HSS高速钢刀具约需花费15美元。提高径向跳动误差的精度以后，每个小孔的加工成本费用可从23美分降低到10美分。然而，将HSS与硬质合金进行比较，也许就更能说明问题。如果让硬质合金刀具的径向跳动误差保持在0.0004 in或更高的水平，并按照HSS刀具的同样使用寿命进行切削加工，那么其加工速度就可以提高2.8倍。换句话说，控制径向跳动误差就有可能实现更换加工速度更快的刀具。此时，ROI可按照加工周期时间进行测量，而不是通过刀具使用寿命来进行衡量。这种潜力也许还没有被加工车间所认识，他们还不了解这一工艺真正的径向跳动误差究竟达到多少才算是正确的。(end)

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