常用刀桿說明介紹
湯姆·2016年4月20日
https://www.facebook.com/pcedison/p⋯⋯
有沒有前輩可以分享一下刀桿的差異和相關知識，
我想瞭解：
(1) NR
(2) ER
(3) C 型
(4) CTH
(5) HC
以上刀桿的形式差異，有沒有比較容易分辨的特點？還有適用的範圍為何？
Marcus Hsieh 湯姆 哥，因為近期正在調整刀庫，恰好有看到你昨天分享的 SGER 系列的開發歷程心得，但刀桿系列如此廣泛，希望可以請你指點比較明確的分辨法，以利採購適當的刀具，謝謝
夾頭刀桿(MILLING CHUCK)
(參考附件 P33)
夾頭刀桿在1980年到2010年可以說是席捲亞洲市場
在日本刀桿製造廠商的推波助瀾下幾乎便成加工中心機的標準配備
夾頭刀桿有著比筒夾刀桿更強大的夾持力與遠比側固式刀桿優異的精準度
(夾頭刀桿的精準度較高的是4*D 0.010mm 日製品的標準就是如此)
在銑刀夾持的需求上幾乎無人能敵
各生產廠商莫不以大刀重切削來展現這類型刀桿的優勢
山謙公司在2002年也跟日本技術合作引進生產這類的刀桿
也銷售了為數眾多的夾頭刀桿
這類刀桿的設計不外乎是
刀桿本體 內錐度螺帽 滾針襯套 防塵外套以及一些油封零件
再經過裝配後以勾型扳手鎖緊就能直接使用
如果加上直柄的筒夾則能夾持小尺寸刀徑的刀具
這類產品以使用者來說算是便利
單價偏高對使用者來說則是一個負擔
為數眾多的零件與組合起來的精度維持對生產者來說都是很頭大的問題
另外使用者不當的使用產生NG的狀況也常有而需要回廠維修
龐大的刀桿夾持外徑在四軸與五軸的應用上干涉很大
新型態的高速切削使用笨重的夾頭刀桿就不適合
也因此在今年度生產最後一批的夾頭刀桿後山謙公司就不在生產這類產品
我工廠內加工中心機上除了一些夾治具有用夾頭刀桿以外
加工夾刀用的刀桿沒有使用任何一支夾頭刀桿
一個專業的生產廠商不使用自己生產的產品不外乎幾個原因
要不就是使用上不便 要不就是單價成本太高 要不就是還有更好的選擇
所以在我工廠內沒用上夾頭刀桿也就變的很正常
因為
我有更好的選擇
筒夾刀桿(COLLET CHUCK)
(參考附件 P34)
筒夾刀桿組成有三個分離的部件
一是筒夾刀桿本體 一是螺帽 一是筒夾
三個部件都需要在一個很精準的狀態與正確的組合才能展現精度缺一不可
筒夾刀桿的要求在於三個部件的互換性
以刀桿來說
刀桿本體有一外牙
而這個牙需要依照牙環規來生產規範於GO/NOGO的上下限
山謙使用的環規精度是ISO-4h/ISO-4g
牙部以符合公差的方式生產在更換螺帽時才不會有不能搭配的狀況
刀桿本體有一錐孔而這錐孔的生產需要依照標準錐度塞規來生產
山謙公司產線的密合度的要求需要達90%以上
這樣的狀態在不同的筒夾使用時才不會產生精度上的差異
以螺帽來說
螺帽有一內牙
而這內牙需要依照牙塞規來生產規範於GO/NOGO的上下限
山謙使用的環規精度是ISO-5H
牙部以符合公差的方式生產在更換不同筒夾刀桿時才不會有不能搭配的狀況
螺帽的內部有一與筒夾接觸的面
多數是錐面而少數會是一平面
不管是哪種型態牙部與內錐面/內平面的同心度與真圓度就是螺帽的精度展現
以筒夾來說
筒夾有一錐度面與刀桿相接處
好與壞在於這錐度的密合度
與生產刀桿的外錐度相同
需要使用標準合格的錐度環規來做檢測
另一邊是另一錐度或者平面
需要與這個錐度達到優良的同心狀態
而筒夾的夾持內孔則要以筒夾的外錐度做基準來加工已達到精準的生產
建置一條精準優易的筒夾生產線是非常昂貴的
國際大廠的生產標準是不同精度的筒夾要用不同的生產線來生產
就像是生產TOYOTA的生產線與LEXUS的生產線是不可能會混搭的
常有些生產廠商說他們精度高的筒夾是用選出來的
我們認真的想一想
如果一批筒夾需要用精選的才能挑出精準的筒夾
那這條生產線的穩定性如何???
生產廠商如何滿足客戶數量上的需求???
因為你挑出來的精度比例不同
再說
挑出來少數是好的表示大多數生產都是不夠好的
要如何確保挑出來好的是真的好的?
還是不小心驗出來是好的?
這是個大問題!!!
一個精準的生產線應該是要達到95%以上的合格可靠度才行
筒夾刀桿的使用非常便利
舉凡 鑽 銑 攻牙 絞孔都能使用
是一個很容易入手與便利性很高的產品
不過他的缺點是刀桿機構的設計上多有缺失
對於剛性與重切削上是其弱點
山謙公司有新開發出來一個超級ER的系列supERgrip
這個系列在最暢銷的ER筒夾設計上做出創新改善
大幅的提升了這個系統的優點並強化了原始設計上的缺點
讓使用者在原來的ER筒夾上更換新的supERgrip刀桿後就能直接升級
油壓刀桿(HYDRAULIC CHUCK)
(參考附件 P35)
油壓刀桿的設計是
刀桿本體加上一個內套環利用焊接的方式結合兩個部件
然後灌入油充滿內部的油路用一個帶牙的活塞螺絲以六角扳手鎖緊
來擠壓內部的油達到精準夾刀的目的
油壓刀桿生產的很複雜也需要使用特殊材質才能在重覆使用中達到精準效果
油壓刀桿的優勢在於只需要一支六角扳手就能很精準的拆裝刀具
高階的油壓刀桿都能做到2.5D在0.003mm偏擺而且重複精度優異
油壓刀桿的設計內有一層油而這一層油提供了很好的減振效果
對於一些難切削阻抗力大的材質展現了很優異的效果
使用者對於油壓刀桿在重切削上的抱怨在新型態的高速切削中可以解決
這讓油壓刀桿的適用範圍更廣大
但是高昂的刀桿成本仍然讓使用者有沉重的負擔
常常是數倍於其他系列的刀桿
油壓刀桿在高速切削時因為離心力的關係讓油向外擠壓造成夾持力的縮減
偶有發生高速旋轉夾持力失效而脫刀的狀況
如何檢測油壓刀桿是否有正確的夾持也是個難以處理的狀況
都需要另外購買檢驗設備來檢測油壓刀桿的夾持力
不管怎麼說油壓刀桿對於某些加工上仍有優勢且現在的銷售狀況有顯著提升
也因此山謙公司從去年開始跟歐洲某廠合作生產油壓刀桿
待產線建置完成後就會推出產品
ezShrink熱膨脹燒結刀桿(SHRINK FIT CHUCK)
(參考附件 P36)
熱膨脹燒結刀桿是一種以耐熱鋼生產的刀桿
利用比刀具柄徑更小的孔徑
以及刀桿與刀具的熱膨脹係數與時間的不同
來達成膨脹孔徑夾持刀具
這是一種干涉夾持
也就是自然狀態孔徑比刀具柄徑小
加熱孔徑後讓孔徑變大
讓刀具柄徑得以插入
等溫度降低下來
孔徑與柄徑的干涉值就會產生夾持力
這是一種不需要靠外力的夾持方式
也是最精準的夾持
說到這系列的刀桿就需要從加熱機的歷史來研究
高周波磁感加熱機解說
(參考附件 P37 P38 P39)
利用通電的銅線圈產生磁場
讓鐵分子快速震盪產生熱能
讓位於磁場區的部分產生高溫
膨脹刀桿本體
達到快速拆卸刀具的效果
這類熱漲冷縮的技術
從當年的焊接火炬(上索)直接加熱=>容易過熱毀損刀桿
演進到用熱風持續加熱=>要燒很久 最少五分鐘以上
再演進到用銅套通電後加熱 接觸刀桿加熱=>加熱過的銅套很燙
一直到現在的這類高周波磁感加熱=>數秒到十數秒內交換刀具
熱膨脹燒結刀桿的不同
刀桿夾持刀具不外乎幾種方式
螺絲固定式
MT小錐度自鎖式夾持
夾頭刀桿的滾針軸承變形式
筒夾式=>螺帽是或後拉式
油壓式
這些都需要依靠外力來鎖緊刀具
而燒結式是依靠能量產生的熱膨漲方式來鎖固刀具
只要刀具柄徑在h6公差內不需要擔心刀有沒有鎖緊
也不需要擔心會不會施力過當鎖過頭損及刀桿
更不需要擔心每次鎖起來的精準度如何
越少的外力影響會讓夾持的狀態更精準
燒結式刀桿必須使用耐熱的鋼材
因為他需要加熱才能拆裝刀具
不能耐熱的鋼材無法使用
最早問市的燒結刀桿是用SNCM439/4340生產
這是不錯的合金鋼
只是在重複加熱後的壽命較短
而後市場主流改採SKD61/H13/1.2344來生產
這類材料使用後的經驗值可達數千次的刀具交換
而能保持相同的精度與耐用度
依照山謙公司的使用經驗來說
線上使用十餘年的熱膨脹燒結刀桿一樣維持與新品相同的偏擺精度
至於加熱後的刀桿冷卻方式
自然冷卻需要的時間最長=>15分鐘以上才能手拿
氣冷的時間=>3分鐘以上才能手拿
接觸式冷卻時間=>1分鐘以上才能手拿
水冷式冷卻時間=>30秒以上就能手拿
除了水冷以外
其他冷卻方式需要另外清除表面切削油與雜質碳化形成的碳粉
這些碳粉就是造成日後燒結刀桿容易生銹的主因
也因此較佳的方式是淋浴式水冷
利用研磨切削液來做冷卻
這個動作可以清除一部分積碳
水冷完畢後會用吸水布或擦拭紙來擦乾燒結刀桿
這樣就可以做好燒結刀桿的清潔工作
外觀部分也不容易生鏽
至於內孔部分
在十次的加熱刀具交換後
(小孔徑3 4 5的則建議每次都做清潔以延長壽命)
應該把刀拆除
水冷後用棉花棒沾酒精清除內部積碳
如果積碳附著在內孔
就容易產生刀具卡在刀桿上的狀況而無法拆卸
客戶常常會問的問題就是
燒結刀桿這樣燒會不會很快壞掉?
當然不會 因為使用的是耐熱鋼 沒到600度的回火溫度是不會變形壞掉的
燒結刀桿用水冷會不會脆裂?
當然不會 山謙公司使用十餘年都沒問題 不管是標準型的或者是細長型的
只要照著我們建議的方式使用 除小孔徑外 三年保固 正常使用 用壞包換
因為小孔徑的熱膨脹燒結刀桿
如果沒有做好清潔常常會有卡刀拔不下來的狀況
也因此小孔徑熱膨脹燒結刀桿的壽命往往都很短
對於小柄徑的刀具工差要求也更嚴格 需要達到h5的等級
這是其物理極限 也因此小孔徑的熱膨脹燒結刀桿就無法提供三年保固
投入燒結系統就必須購買加熱機與水冷系統
這個就是要投入的門檻 得先花上一筆錢
這系列的刀桿設計精簡 使用上干涉值最小
產品精準度不用說 比起同等級精度的刀桿只要1/2到1/3的成本
這系列另一個使用上的問題是對於小孔徑的盲點
小孔徑3 4 5在熱膨脹燒結系統中當然能夠生產
但是生產成本遠較6孔徑以上的高
燒結刀桿的刀具交換屬於高溫作業
請務必全程配戴專用的耐熱手套
以確保安全
NR筒夾刀桿就是日本NIKKEN的SK筒夾刀桿
崛起的原因主要是ER筒夾刀桿(DIN6499/ISO15488)在銑的部分表現並不好
但是ER筒夾刀桿原本就不用在銑的方面而是用在鑽的方面 用來取代鑽夾刀桿使用
而NR/SK筒夾刀桿在銑的方面表現優於ER
尤其在BT30機種大量推出時迅速崛起
這類筒夾的機構都類似
但是重切削時 一樣表現不優異
這就是為什麼會有supERgrip SGER誕生的原因
CTH也就是OZ筒夾刀桿 DIN6388
他是設計來夾持標準柄的筒夾刀桿
比如說是3 4 6 8 10 12 14 16 18 20 25 32等整數柄
特點是筒夾夾持範圍只有0.10mm以內
這類刀桿在傳統銑床使用量大
但是如果要用上點數的柄就無法使用
這類刀桿的設計比較粗壯
在銑的部分表現比較好
但是在外觀粗壯
加工容易有干涉
近年來使用量逐漸減少
很多公司已經將這樣產品剔除
HC後拉式刀桿
跟市面上其它後拉式刀桿設計相仿
這類產品在市場上由於燒結系統的崛起
逐步被淘汰了
熱膨脹燒結系統對決後拉系統
就像MLB ALL STAR對上CPBL的狀態
工廠內的刀桿可以簡化成幾種
1. 熱膨脹燒結刀桿系統 80%的整數柄刀具都能使用 建議都使用鎢鋼柄的
2. supERgrip SGER強力型ER筒夾刀桿 使用於非鎢鋼的刀具以及捨棄式刀具上 補上熱膨脹燒結刀桿的不足
3. ER筒夾刀桿 ER筒夾與SGER筒夾刀桿可以共用 用在點數的刀具上 如鑽頭與牙攻等
4. 其餘的刀桿就依照需要購買 這類的使用量並不大
