高速刀具與機床的銜接

    刀柄是高速切削加工的一個關(guān)因部件。高速切削用的刀具，因為刀具旋轉(zhuǎn)速度很高，無

論從確保加工精度方面思考，還是從操作安全方面思考，都對它的裝夾技能有很高的需求。

傳統(tǒng)的刀柄與機床主軸的銜接辦法是選用7：24銀柄實心刀柄(BT、Iso)，這種辦法因為

僅僅靠大錐度聯(lián)系，刀具與主軸的銜接剛性相對較低，當主軸轉(zhuǎn)速超過10000r／miH時，由

于離心力的效果，主軸7：24大端會發(fā)作擴大(圖8—9)，使刀具軸向定位精度和銜接剛性下

降，振蕩加劇，乃至發(fā)作刀柄與主袖咬合的表象。主袖的脹大還會導致刀柄及夾緊組織質(zhì)心

的偏離，然后影響主袖的動平衡。要確保這種銜接在高速下仍有牢靠的觸摸定位，需求一個

很大的過盈量來抵消主軸軸端的脹大，這樣大的過盈量需拉桿發(fā)作根大的預緊拉力，而拉桿

發(fā)作這樣大的拉力通常很難，對換刀也十分晦氣，還會使主軸脹大，對主軸前軸承有不良影

響。剖析標明，刀尖25％一50％的變形來源于7：24銀度銜接，只要40％擺布的變形源于

主軸和軸承。因而，傳統(tǒng)刀具的刀柄與主軸錐孔的合作辦法和合作精度，已經(jīng)不能滿意高速

切削時的剛度和精度需求，因而開發(fā)新式的高速東西體系已成為改善高速切削體系的重要組

成有些。

    要使刀—軸銜接具有杰出的高速功能，最佳路徑是將本來僅靠錐面銜接定位，改為錐面

與端面一起觸摸定位。后者雖然是一種過定位計劃，但因其能補償僅靠鑷面定位計劃的許多

缺乏，如今已經(jīng)成為高速刀具與主鈾銜接的首要布局方法，目前最有代表性的是德國的

HSK刀柄和美國的KM刀柄。

    HsK刀柄為德國亞深工業(yè)大學開發(fā)的一種新式的高速錐型刀柄，與常用的盯刀柄不

同，它選用錐面與端面兩層定位的辦法(圖8—lo)，經(jīng)過斜楔布局推開開口套笛，使空心柄

部發(fā)作彈性變形來完成徑向定位，再用高著兒度凸緣面來確保軸向定位和剛性，并從央持原理

上消除了離心力的副效果。HsK的鈾向、徑向刀具替換重復定位精度均達到lPm，H3K短

錐柄部長度短(約為規(guī)范BT錐柄長度的1／2)、重量輕．因而換刀時間短，有利于高速

ATc及機床小型化。在整個速度范圍內(nèi)，HsK錐柄比BT鏈柄具有更大的動、靜徑向剛度

和杰出的切削功能。一起該刀柄的增力效果顯著，可達牽引力的3倍，合適于20000一

46000 r／血M的超高速主勒，被譽為是“21世紀的刀柄”。

    KM刀柄是1987年美國K。nnam碘a1公司與德國w汕a公司聯(lián)合研發(fā)的l，lo短錐空心刀柄(圖8—11)，其長度僅為規(guī)范7：24錐柄長度的1／3。因為合作錐度比較短，且刀柄規(guī)劃成中空布局，在拉桿抽向拉力的效果下，短錐可徑向縮短，所以有效地處理了端面與錐面向時定位而發(fā)作的干與疑問。與HsK的首要區(qū)別是夾緊組織不一樣，它由鎖閉桿波動輪和鋼球組成，夾緊時用鎖閉桿牽引，靠其斜面沿半徑向外推鋼球，使之與刀柄的歪斜孔相觸摸，

能用鉸小的牽引力取得較大的夾緊力錐柄。

    HsK和1(M刀具體系的接助剛性好，夾緊牢靠，傳遞扭矩大，重復定位精度高(可達

o．o01一o．o025mm)，具有適應高速旋轉(zhuǎn)和換刀時間短以及固定與旋轉(zhuǎn)刀具通用等長處，為刀具進步切削功率和加工質(zhì)量，減少磨損及破損創(chuàng)造了條件。因而，此類刀柄特別合適高速切削加工。德國已將HSK刀柄正式歸入DIN69893標ZB，并取得Iso／TC29專業(yè)委員會的認可。HsK與KM作為機床刀具接口或作為刀具體系模塊的銜接辦法，是機械加工向高速切削范疇開展不行短少的一套配置體系。表8—7列出了HsK和KM刀柄的布局特色，三種刀柄的布局比較見團8—12。

此外，為處理刀具與機床主軸銜接中存在的諸如銜接剛度、精度、動乎衡布局復雜性和互換性等疑問，還有以下一些處理辦法。

    ①對現(xiàn)有的標推7：24錐孔銜接的布局進行改善

善規(guī)范7；24銜接的靜態(tài)功能。

    ②嚴厲規(guī)定公差合作，增大軸向拉力。

③在不改動規(guī)范7：24錐孔銜接布局的前提下，完成錐孔和端面一起觸摸定位。

④增大合作預過盈量，一起采納辦法避免主鈾脹大，改善標難錐柄的高速功能。

日立掐工公司的H．F．C(H1tachi Facin8St。p)“日立”端面限位刀柄，主軸軸端選用碳素

纖維周向環(huán)繞的布局，抑制了高速旋轉(zhuǎn)時主袖錐7L的擴大量，進步了對高速旋轉(zhuǎn)的適應

能力。

    ⑤撤銷鍵銜接，選用摩擦力或三枝圓傳遞轉(zhuǎn)矩的布局，消除了鍵及破格導致的動平衡

疑問，如德國HsK—Et HsK—F刀柄，選用摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩；瑞典sandvik公司的cAPTo

刀桿體系選用三棱囚傳遞轉(zhuǎn)矩。

    ⑥選用縮短合作的原理，完成刀具與刀柄的牢靠銜接，如用三棱變形銜接、熱裝銜接

以及液壓夾緊銜接等。這些布局辦法傳遞轉(zhuǎn)短大、剛度高、布局對稱性好、精度高，并且有

利于刀具的動平衡。

    ⑦在刀柄上設(shè)備主動動平衡設(shè)備，滿意高速加工對刀具提出在線動平衡的嚴苛需求。

    ⑧在刀柄內(nèi)設(shè)備減振設(shè)備，避免刀柄的振蕩。如股份有限公司日研工作所的“夢境刀柄”，

經(jīng)過在刀柄內(nèi)裝減振設(shè)備，可使碩質(zhì)合金銑刀的壽數(shù)進步3倍以上，高速鋼銑刀的壽數(shù)進步

1．5倍以上，涂層刀具的壽數(shù)進步5倍以上。

模具/零件 高速加工中心 鉆攻中心 高速加工中心 都歸屬數(shù)控機床系列

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