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浅论高功效木材切削加工刀具及其夹紧装置

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    浅论高功效木材切削加工刀具及其夹紧装置
    崔竞博
    (河南省商丘市虞城县高级中学河南虞城476300)
    摘要:现阶段采伐机械和刀具种类繁多,因此在选择木材切削和加工中需要采用适当的刀具和夹紧装置,从而提高切削效率和质量。基于此,本文从高功能木材切削加工刀具现状出发,并分析高功效木材切削加工刀具及其夹紧装置的优势,以期为提高木材切削加工质量和效果提供帮助。
    关键词:木材切削加工;刀具;夹紧装置;热收缩式刀具夹头
    引言:切削加工是木材加工中最为重要的方式,工作人员通过对木材进行切削加工后,使其形状和表面达到工艺的具体要求。而在木材切削加工中刀具的锋利程度、夹紧装置等都会对木材加工质量和效果产生严重影响,因此在切削加工中需要根据不同的材质选择适当的加工刀具和夹紧装置,以此提高加工效率降低加工成本。
    一、高功效木材切削加工刀具以及检测方式
    (一)高功效木材切削加工刀具
    木材切削加工主要指利用各种机床和刀具对坯料进行加工,从而得到加工要求。在此过程中,刀具的质量和夹紧装置对切削加工效率有重要影响,因此厂家和技术人员需要重视刀具的选择和夹紧装置的设置。同时还需要注重刀具磨损机理分析,在对刀具磨损分析中需要综合考虑物理、化学以及机械等多种因素,并且工件质量、机床作业等都会对其造成一定影响。木材切削加工中刀具和夹紧装置的选择对加工木材和企业正常运营有重要意义,具体为以下几点:
    第一,刀具磨损是增加切削力的主要原因,也是其中最为常见的因素,同时还会增加工件与刀具振动幅度,从而缩短刀具使用寿命,影响机床的精度。严重者还会对操作人员的安全造成威胁;第二,当刀具出现磨损严重时将直接影响工件的精度和粗糙度,导致加工的工件无法满足技术要求,从而浪费成本;第三,在刀具磨损到一定程度后,操作人员对其磨损程度无法准确的判断,极易出现刀具还没有达到报废标准的情况下进行更换,从而出现浪费资源和增加成本现象发生。还有就是操作人员对刀具的更换不及时,从而对工件加工质量造成影响,以及影响切削加工效率等。
    (二)测量方法分析
    在刀具状态测量中主要分为两种方法:直接测量法,在刀具状态测量过程中操作人员直接对刀具材料质量、形状变化等进行测量,从而判断其是否存在质量问题或磨损严重,例如测量刀具削刃的磨损程度、损伤程度、切削刀具切刃形状变化程度等,然后根据数学模型明确刀具的磨损程度,在测量过程中经常采用离线测量方式。主要测量方法包括触针测量法、扫描测量法、射线测量法、电阻测量法以及放电电流测量法等;间接测量法,在对刀具实施间接测量过程中主要对其相关参数进行测量,根据相关参数变化对刀具磨损程度进行分析,其中主要包括切削力的增加或减小程度、工件表面粗糙程度变化、切削温度变化等,进而明确木材刀具的磨损程度,这种测量方式一般采用在线测量[1]。
    二、高功效木材切削加工刀具分析
    (一)高功效木材切削加工的技术要求
    随着技术的不断发展,现代木材切削加工技术也得到了快速进步,从而在节约成本浪费的基础上,有效提高了木材加工的生产效率,提高企业运营利润。例如,在对木材进行加工刨花时,从传统主轴转速18000r/min,已经提升到现在的30000r/min,甚至40000r/min,并且其中的木材进给速度也从以前的15m/min,增加到现在30m/min。经过计算,工件在加工过程中工时缩短范围在百分之十五至百分之二十二之间,而随着刀具主轴转速的提升,对延长刀具耐用度和提升工件加工质量有重要作用。其中刀具的每切削刃进给量与刀具每转进给量参数将直接影响工件加工质量,并且每刀齿进给量与每转进给量越小,则加工件表面的粗糙度也越小,同样的加工质量也越好,所以在加工木材时需要适当调整进给量,在确保加工质量合格的情况下,适当提高转速,从而提升木材加工效率[2]。
    (二)刀具设计过程中需要注意事项
    为了能够达到高效率木材切削加工对刀具的要求,在加工过程中需要做到以下几点:第一,设计人员需要对切削刃几何形状进行合理优化,从而确保切削刃具有足够的强度提升,减小切削刃上所受的横向力,避免对刀具造成损伤,从而影响加工效率;第二,在铸造刀具和切削刃时需要选择耐磨性较强的材料,从而提高刀具和切削刃的耐磨度,例如采用硬质合金、多晶金刚石以及单晶金刚石等。需要注意的是,由于硬度较大的材料其脆性也相对较大,因此在加工过程中极易出现崩裂现象,在制造刀具时需要在刀具表面镀覆一层硬度较高的材料,例如金刚石等,以达到刀具和切削刃芯部具有足够的强度和韧性;第三,在设计尺寸较大刀具时通常会采用结构钢,并且在刀具上镶装硬质材料刀片;第四,在设计组装式刀具时,需要对刀具的刀片定位和夹紧装置进行合理设计,避免刀片因为离心力较大,而发生径向外移现象,最终影响刀具的不平衡度[3]。
    三、高功效木材切削加工刀具夹紧装置研究
    (一)Tribos 刀具夹头分析
    刀具夹紧装置主要就是将刀具和主轴进行连接,从而利用较大的刚性,将刀具夹紧,最终实现将机床传递装置扭矩最大化的传递至刀具,在此过程中还需要刀具径向振幅最小化,以此提高刀具的平衡度。为了满足以上要求,本次研究主要以德国刀具制造公司所研发的刀具夹紧装置为分析对象,例如Tribos 刀具夹头,其主要作用机理为钢的弹性,并根据冷收缩将刀具夹紧,其具体工作原理为以下几点:
    第一,在刀具夹紧装置处于放松状态时,Tribos 刀具夹头的内腔断面会处于类似与三边形状态也,操作人员用肉眼很难观察,此时刀具夹头的内切圆直径会稍小于刀柄的直径,并且刀柄不能插入其中(详见下图a);第二,刀具夹紧装置在夹紧刀具的过程中会借助液压装置,从而对三边形内腔施加一个作用力,在此过程中利用弹性变形,使得三边形断面变成圆形(详见图b),此时其直径会稍大于刀柄的直径,方便与操作人员将刀柄插入其中;第三,减小并消除夹头中的液压力,在此时夹头内腔断面将会恢复到三边形,随后各边出现收缩现象,从而形成高精确度的三点夹紧装置。这种夹头的主要优势在于,夹紧力度相对较高,根据测量其偏心度仅为0.003mm,并且其夹紧直径为25mm,此时所传递的扭矩超过200N·m。
    微信截图_20190404085227.png
    (二)热收缩式刀具夹头研究
    “热收缩”式夹紧装置主要是指将夹头加热后出现膨胀,紧着进行冷却收缩,从而达到夹紧刀柄的效果。其工作机理主要为以下几点:第一,在松开夹头时会利用电磁感应器将刀具夹头进行加热,一般情况下会加热到200 至300℃,从而使夹头膨胀,并将刀具取出;第二,将所更换的刀柄插入夹头中进行冷却,最后夹紧刀具柄。此夹紧装置的优点在于准备时间短一般在一分钟以内,并且加热时间只需要几秒钟,因为其结构特点,在夹紧刀柄时具有夹紧力大、平衡度好以及刚度大等优势。
    结语:综上所述,在木材切削加工中要想真正意义上优化加工质量,设计人员一定要重视刀具的合理设计,同时采用合适的夹紧装置。经过对上文分析可得,在设计刀具过程中需要对高功效木材切削加工技术要求进行合理分析,并根据实际需求选择热收缩式或冷收缩式刀具夹头,因此高功效木材切削加工刀具及其夹紧装置研究,能够充分应用到木材加工过程中来。
    参考文献:
    [1]郭晓磊,王惠芸,薛宏,等.木材切削原理与刀具课程考试改革的探索[J].大学教育,2016(02):107-108.
    [2]彭鑫荣.刀具材料及切削参数对木材切削表面质量影响研究[D].南京林业大学,2015.
    [3]黎小雄.木工刀具磨损特性与木材切削加工优化的研究[J].现代交际,2014(03):115.

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