呂海東

[摘 要]:隨著人們對木質(zhì)產(chǎn)品的質(zhì)量與加工精度要求的提高,液壓夾緊軸套成為目前木材加工行業(yè)普遍采用的刀具裝夾技術(shù)。本文就其國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、內(nèi)部構(gòu)造、使用特點、操作與保養(yǎng)注意事項進(jìn)行了闡述,并對市場上普遍使用的液壓夾緊軸套材料和一種新工藝材料進(jìn)行了對比,展望了其今后的發(fā)展趨勢。

[關(guān)鍵詞]:液壓夾緊軸套 構(gòu)造特點 材料

隨著木材工業(yè)的發(fā)展,企業(yè)對四面刨精度和生產(chǎn)能力的要求越來越高。一些四面刨進(jìn)給速度在80m/min以上,高速四面刨進(jìn)給速度可達(dá)350m/min,刀軸轉(zhuǎn)速高達(dá)20000～30000r/min,而高速切削技術(shù)發(fā)展與運用是當(dāng)今木材加工領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢。增加刀軸轉(zhuǎn)速,提高進(jìn)給速度是當(dāng)前以回轉(zhuǎn)方式進(jìn)行切削加工設(shè)備的主要發(fā)展特點之一。在如此高的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給速度下,設(shè)備上使用的刀具系統(tǒng)必須要具備良好的性能要求以保證每個刀齒均衡切削和光滑的產(chǎn)品表面,這些都對刀具系統(tǒng)提出了更高的要求。一要消除刀具和刀軸的配合間隙。二要解決裝刀卡套剛性不足的問題。三要滿足高轉(zhuǎn)速的要求,同時要求裝刀卡套結(jié)構(gòu)小、質(zhì)量輕、剛性好、轉(zhuǎn)速高(如圖1所示)。

液壓夾緊軸套是目前高速木材加工設(shè)備上普遍采用的刀具裝夾技術(shù)。由于具有極高的夾持回轉(zhuǎn)精度、重復(fù)定位精度、優(yōu)良的動平衡和阻尼減振性能,液壓夾緊軸套能夠適應(yīng)極高的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度,可以顯著地提高加工精度、改善加工表面質(zhì)量和延長刀具的耐用度,可應(yīng)用于任意以回轉(zhuǎn)方式切削的木材加工設(shè)備上,如板式家具的雙端銑、CNC加工中心、多鋸片圓鋸機及高速四面刨等。

對于木工刀具液壓夾緊系統(tǒng)的研究,國內(nèi)尚屬空白。國外目前只有瑞典ETP公司一家,而且開發(fā)的木工刀具液壓夾緊裝置結(jié)構(gòu)多為單腔體,僅液壓軸套內(nèi)壁與機床主軸的連接部分具有液壓夾緊功能,刀具與液壓軸套外壁的連接不是液壓夾緊而是依靠銷釘鎖緊。這種裝置不足之處是對刀調(diào)節(jié)較困難,每次裝拆刀具時都需將刀具連同夾緊裝置一起進(jìn)行,對操作人員的要求較高。針對這一問題,瑞典ETP公司開發(fā)出具有快速換刀結(jié)構(gòu)的液壓夾緊軸套。這種裝置能實現(xiàn)快速裝夾,但由于其結(jié)構(gòu)仍為單腔體,在實際應(yīng)用時主要進(jìn)行粗切削加工。至于理論研究方面,目前還沒有形成文獻(xiàn)。

國內(nèi)目前已有幾十家地板廠引進(jìn)了一些木工刀具液壓夾緊裝置,但由于成本原因,應(yīng)用范圍僅限于三氧化二鋁強化地板快速生產(chǎn)線的刀具、高速四面刨的刀具、薄鋸路圓鋸片等方面。除了南京林業(yè)大學(xué)曹平祥博士對木工刀具液壓夾緊裝置的原理及應(yīng)用作了介紹外,目前也未見其他相關(guān)文獻(xiàn)。

國內(nèi)研究人員正在針對快速液壓裝夾系統(tǒng)進(jìn)行研制。該系統(tǒng)具有兩部分功能:施壓卸載和快速裝卸刀具。施壓卸載部分的結(jié)構(gòu)為雙腔體,利用液壓介質(zhì)使腔壁產(chǎn)生變形來分別對電機主軸和刀具進(jìn)行定心夾緊作用。快速裝卸刀具部分是利用氣能和機械能對刀具進(jìn)行裝卸作用。該系統(tǒng)操作方式簡單靈活,對操作人員沒有特殊的要求,且完全具有國外同類產(chǎn)品的優(yōu)點,目前已經(jīng)取得了巨大進(jìn)展。

液壓夾緊套的內(nèi)部有一空腔(如圖2所示),充滿了液壓油或油脂。施壓時,液壓軸套內(nèi)壁膨脹,均勻地包緊刀軸,完全消除了刀具和刀軸的配合間隙,保證了刀具回轉(zhuǎn)中心和刀具旋轉(zhuǎn)軸線一致,減小了刀齒的徑向跳動,保證所有刀齒均衡參加切削。

高速切削設(shè)備上所使用的刀具系統(tǒng)必須為零間隙配合。這就要求刀具與裝刀軸套以及裝刀軸套與電機主軸的聯(lián)結(jié)方式不適宜采用鍵聯(lián)結(jié)的方式。根據(jù)液壓夾緊軸套的結(jié)構(gòu)和工作原理說明,軸套在工作時相當(dāng)于電機主軸和刀具間通過與軸套的過盈聯(lián)結(jié)使刀具產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運動(如圖3所示)。通常情況下,刀具和刀軸之間的配合間隙可達(dá)0.05mm,液壓軸套能從根本上解決由此配合間隙引起的刀齒徑向跳動,配備了液壓軸套的刀具,具有裝夾精度高,刀具拆裝方便,夾緊安全可靠的特點,適應(yīng)了高速切削的加工要求。

液壓夾緊軸套具有如下優(yōu)點。

(1)減小刀具振動,降低軸承磨損,延長軸承使用壽命。

(2)降低切削平面木材的破壞不平度和運動波紋,提高了工件表面的加工質(zhì)量。

(3)延長了刀具的使用壽命。

(4)刀具裝卸方便,縮短換刀和停機時間。

(5)夾緊精度的重復(fù)性很高,安全可靠。

在實際切削中,由于木材密度、硬度、含水率等諸多因素的影響,并不能完全達(dá)到理想切削狀態(tài),刀具的各刀齒受制造精度和振動的影響,也不能達(dá)到均衡切削。從加工效果來看,均衡銑削和非均衡銑削的切削工件表面質(zhì)量相差較大。理論研究證明,波紋深度與齒數(shù)平方成正比。

液壓夾緊軸套是比較精密的部件,應(yīng)遵照使用說明,正確操作和妥善保養(yǎng)。使用時,應(yīng)注意以下事項。

(1)軸套沒有裝在刀軸上時,不能施壓。

(2)安裝之前,要清潔刀軸表面和軸套內(nèi)壁。

(3)安裝在刀軸時,軸套的八角定位套與軸肩的外八角相配,實現(xiàn)周向鎖緊。

(4)軸套安裝刀軸上,能輕松往復(fù)移動。

(5)加壓時,施壓螺釘頂住限位柱塞或達(dá)到30MPa的壓力。

(6)泄壓時,施壓螺釘觸及定位銷或油脂完全排出。

(7)刀具在啟動之前,應(yīng)檢查軸套是否松動。

(8)刀軸直徑公差等級應(yīng)和液壓夾緊套相配,不宜在低精度的刀軸上使用液壓夾緊軸套,否則軸套會因內(nèi)壁變形過大導(dǎo)致塑性變形而損壞。

目前市場上使用的液壓夾緊軸套材料為鋼-銅合金雙金屬軸套,工業(yè)性的批量制坯和軸套工藝有兩類:一類為在無縫鋼管內(nèi)壁澆鑄上銅合金制成的整圓軸套,零件的剛度、強度等機械性能較好。另一類為鋼-燒結(jié)銅合金冷軋制成雙金屬板材卷制的軸套,在生產(chǎn)效率上比前者又有所提高。但二者均存在如下問題:即雙金屬板上燒結(jié)的銅合金一般是用軋機冷軋制的,其相對密度為≤97%,不能作為高性能的零件使用;襯套的卷制,不管是對接的還是搭接的都有一條接縫,使得軸套維持精度差。這兩點不足都直接影響到軸套的機械性能和使用性能。

為了克服以上不足,提高軸套的機械技術(shù)性能,

節(jié)省金屬材料,特別是節(jié)約有色金屬材料、節(jié)省加工工序、節(jié)省材料的制造設(shè)備、節(jié)省軸套加工的工裝模具和機床,一種新型軸套加工技術(shù)“燒結(jié)擺輾法”研究取得了成果并逐步向市場推廣。這項技術(shù)能夠在無縫鋼管的內(nèi)壁上燒結(jié)銅合金、采用徑向擺輾機將燒結(jié)上的銅合金襯層致密到≥98%,達(dá)到機械結(jié)構(gòu)零件的性能要求,首創(chuàng)了制造鋼-燒結(jié)銅合金整圓雙金屬軸套零件材料。其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為整圓,剛度好、維持精度好、便于在自動生產(chǎn)線上實現(xiàn)自動化裝配、生產(chǎn)效率高、加工工序少、材料利用率高、制造成本低。具有較好的市場前景。

切削材料、加工工藝和制造設(shè)備,是保證木材產(chǎn)品加工質(zhì)量和精度的重要依托,切削刀具的研制與開發(fā)是其間的重要環(huán)節(jié)。因此,逐步完善刀具自身的結(jié)構(gòu)和耐用度,進(jìn)一步提高切削質(zhì)量和效率,加速快速液壓夾緊裝置的“國產(chǎn)化”進(jìn)程,使取代進(jìn)口產(chǎn)品、降低生產(chǎn)成本成為可能,優(yōu)化液壓夾緊軸套的結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用安全性,如活塞可實現(xiàn)單向或雙向夾緊、多次安裝后仍然可以保證端向跳動精度和同心性、軸套安裝到刀軸上后才可以激活液壓夾緊功能、安裝時配備安全鎖緊蓋等功能是今后的研究重點,這有利于其在我國木材加工行業(yè)進(jìn)行更廣泛的應(yīng)用。保證這些關(guān)鍵技術(shù)點才可有效推進(jìn)木材加工產(chǎn)業(yè)的自動化程度和產(chǎn)業(yè)升級。

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