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模块化刀具系统
兴合投资有限公司章宗城

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当今市场已成为买方市场，随着市场的国际化，企业间的竞争也越加激烈，由于技术的飞速发展，产品寿命周期逐渐缩短，从而导致客户需求呈现多样化与个性化，定制产品数量减少，但同时要求交货期短，成本低，质量高。这就要求生产企业以大批量生产的经济效益进行量少的定制产品的生产，即所谓Mass Customization(大批量定制生产}，要实现他有多种方法，其中模块化制造系统是一种针对技术难度一般的产品的新制造系统，是一种在标准化和模块化系统基础上建立起来的柔性系统，其特点是：当有一新产品投产时，标准化的模块可以快速组成一个新制造系统，当产品完成后，组成的制造系统可以拆卸来用于其他新产品制造系统。这个系统广义上应包括：1. 加工基本模块；2. 模块化驱动单元；3. 模块化刀具和夹具；4. 可重构的控制系统。当加工设备基本固定或已有时，最活跃最常用的就是模块化刀具和夹具系统。以前，刀具的制作与使用均是以整体刀具为主，但是随着刀具材料的产生和可转位不重磨刀片出现，使得每把刀体的造价升高，而应用范围却没有扩大。随着市场竞争的日趋激烈，产品种类的多样化、专用化，就必须提高生产效率和降低制造成本。这就要求刀具有一定的适应性。由此，模块化刀具系统便应运而生。模块化刀具系统的应用使刀具库存大大减少，并有一定的适应性，可以通过接长杆使刀具得长度可长可短，利用变径杆使刀具的直径可大可小，更换起来也非常方便、容易。这对节约企业资本、缩短生产准备周期、提高生产效率是非常重要的。由于模块化刀具系统有如此的优越性，所以各国刀具厂家竞相开发自己的刀具，其中在国际上使用较广泛的有德国KOMET公司的ABS系统、瑞典SANDVIK公司的VORILOCK系统和美国KENNAMETAL公司的KM系统。由于各公司所开发的系统都有专利保护的原因，使得其他刀具厂家不能够仿制，这就使得各刀具厂所生产的模块系统不可互换，使用厂家选购起来比较麻烦。前几年，德国MAPAL公司与GURING公司联合开发的HSK系统已被确定为德国DIN69893标准，将模块化刀具系统的标准化过程推进了一步。HSK系统为中空膨胀式夹紧系统，在主轴高速旋转状况下(10000r/min以上)可以体现出优越性来，其重复定位精度为轴向1µm，为KOMET-ABS系统的二分之一。但HSK刀柄和卡夹的制作比较复杂，价格相对较贵。而ABS系统制作比较简单，精度能满足要求，目前国内也在大批制作。见图1。但由于国内与国外的加工水平尚有差距，使得国内的ABS系统不能完全替代进口产品，所以应当了解国内和国外刀具之间的差异，取长补短，这样才能在保证加工质量情况下降低刀具费用。（图片）图1 ABS刀具连接系统原理 ABS是一个连轴系统，系统的一部分(如：ABS锥柄和ABS法兰接盘)带有一个孔和与之垂直的两个螺纹；另一部分(如：刀具)备有一个带径向孔的榫子。后者带有一个可移动的滑销，滑销的一端是内圆锥，另一端则是外圆锥，见图2。（图片）图2 调节螺丝在内圆锥中发生作用，并推动滑销，一直到滑销的外圆锥碰到另一个螺丝的内圆锥为止。在两个内外圆锥交接处，各产生一个法向力。这个法向力可以看作为一个直角三角形的长边。两个轴向的分力相加，两个水平方向上的力却因为相反的作用而相互抵消。理论上(不考虑摩擦)，轴向张力是传递过来的夹力F1的两倍，传递过来的紧固力平均地分布在两个相互连接处，使得支承度也相等。在ABS系统中，两部分大面积的锒合连接，使它能传递大力矩。在大切削力的负荷下(一般以转矩出现)，一个连接部分与另一个连接部分之间会发生轻微的扭转，紧固零件之间的接触面也会因此而导致张力扩增(可以增至50%)。如此一来，就先提高了刀具的刚度；其次，当作用力突然发生巨大变化的时候(比如刀刃折断和切削中断)，这个微小的扭转能产生阻尼作用。这种阻尼作用能保护刀具连接器、主轴和驱动装置不受损坏。实际上，刀刃常常发生损坏的现象(比如由于快速运动中发生碰撞)，但是在ABS连接系统上则不会发生由此引起的损坏。刀具系统上使用的刀具作为模块化刀具系统、高速钻头和精密镗刀的生产商之一的KOMET公司，其生产的刀具系统使用刀具时，在通用性、精度、效率、刀片耐用度以及刚性和切削抗振性方面都有优良的表现。见图3。（图片）图3 提高生产率另一办法为合并工序，减少辅助时间与重合切削时间，用多功能组合刀具取代功能单一的标准刀具，这是一个极为有效的办法。ABS刀具系统上可以安装多种多样的组合刀具，可以一次钻铰、粗镗、精镗加工孔，包括阶梯孔，带倒角、带内槽孔包括盲孔等。比如加工铸铁刹车系壳体孔与槽的组合刀具，它由一把铰刀和滑板切槽刀组成，首先由铰刀铰孔，然后整把刀具继续在孔内旋转，由滑块带动两切槽刀进行径向切槽，此时铰刀的刃带起支承作用，滑块的运动需用专用装置驱动滑块拉杆。为使这套组合刀具能在标准机床上使用，KOMET公司为此开发机电一体化可调滑动元件，在刀杆中内置一可控电机，驱动刀具里的旋转轴，直接控制滑板移动。KOMET公司的专利－ABS系统在世界上已有136个工具厂购买，其中知名的有INGERSOLL、SECO、三菱、MAPAL和MICROBORE等。国内的哈尔滨量具刃具厂、成都量具刃具厂、广州工具厂也在大批量制作。这样使得购买ABS工具系统非常容易，并且使用ABS系统也具有一定连续性。通过国内ABS系统(CABS)与国外ABS系统的适当组合，可以获得很好的性价比，从而提高经济效益。 11/21/2004


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