高速加工中的高精度刀柄选择.doc

高速加工中的高精度刀柄选择 摘要:讲述了HSK、KM和BIG-PLUS刀柄， 对静压膨胀式刀柄、应力锁紧式刀柄和热装式刀柄进行了综合比较,建议使用冷却液时选择静压膨胀式刀柄,干切削时选择应力锁紧式刀柄。 关键词: 高速切削 刀柄 Abstract: The paper talks about HSK KM and BIG-PLUS tool holder. The hydraulic expansion tool holder, polygonal clamping tool holder and heat shrinking tool holder are compared syn-thetically. The conclusion is: the hydraulic expansion tool holder should be selected first while using the coolant and the polygonal clamping tool holder should be selected first while cutting without coolant. Key words: high speed cutting tool holder 加工中心和高速铣削在机械加工行业已得到广泛的应用,这些机床主轴的转速一般在10000~60000r/min,径向跳动度一般不超过0·002mm。这样,与机床配套的刀柄也要满足高速切削的要求。 1高速切削加工对刀具系统的要求 所谓刀具系统是指由刀柄、夹头和切削刀具所组成的完整的刀具体系,刀柄与机床主轴相连,切削刀具通过夹头装入刀柄之中。要使刀具系统能在高速下进行切削加工,应满足以下基本条件： 1.1较高的系统精度 系统精度包括系统定位夹持精度和刀具重复定位精度,前者指刀具与刀柄、刀柄与机床主轴的连接精度;后者指每次换刀后刀具系统精度的一致性。 1.2较高的系统刚度 刀具系统的静、动刚度是影响加工精度及切削性能的重要因素。刀具系统刚度不足会导致刀具系统振动,从而降低加工精度,并加剧刀具的磨损,降低刀具的使用寿命。 1.3较好的动平衡性 高速切削加工条件下,微小质量的不平衡都会造成巨大的离心力,在加工过程中引起机床的急剧振动。因此,高速刀具系统的动平衡非常重要。 2 多种新型刀柄的开发与应用 目前,在数控铣床、数控镗床和加工中心上使用的传统刀柄是标准7∶24锥度实心长刀柄。这种刀柄与机床主轴的连接只是靠锥面定位,主轴端面与刀柄法兰端面间有较大间隙。这种刀柄结构在高速切削条件下会出现下列问题: 刀具动、静刚度低，动平衡性差和重复定位精度低。 2.1 HSK刀柄 HSK(德文Hohlschaftkegel缩写)刀柄是德国阿亨(Aachen)工业大学机床研究所在20世纪90年代初开发的一种双面夹紧刀柄,它是双面夹紧刀柄中最具有代表性的。 HSK刀柄由锥面(径向)和法兰端面(轴向)双面定位,实现与主轴的刚性连接,如图1所示。当刀柄在机床主轴上安装时,空心短锥柄与主轴锥孔能完全接触,起到定心作用。此时,HSK刀柄法兰盘与主轴端面之间还存在约0.1mm的间隙。在拉紧机构作用下,拉杆的向右移动使其前端的锥面将弹性夹爪径向胀开,同时夹爪的外锥面作用在空心短锥柄内孔的30°锥面上,空心短锥柄产生弹性变形,并使其端面与主轴端面靠紧,实现了刀柄与主轴锥面和主轴端面同时定位和夹紧的功能。 这种刀柄结构的主要优点是： 有效地提高刀柄与机床主轴的结合刚度； 有较高重复定位精度,并且自动换刀动作快,有利于实现ATC的高速化。 具有良好的高速锁紧性。 2.2 KM刀柄 KM刀柄是美国肯纳(Kennametal)公司与德国怀迪尔(Widia)公司于1987年联合开发出来的,与HSK刀柄并存的1∶10短锥空心柄,其结构如图2所示。KM刀柄首次提出了端面与锥面双面定位原理。KM刀柄采用了1∶10短锥配合长度短,仅为标准7∶24锥柄相近规格长度的1/3,部分解决了端面与锥面同时定位而产生的干涉问题。 2.3 BIG-PLUS刀柄 对高速切削加工用刀柄的研究改型除了德国和美国外,日本一些公司也致力于对原7∶24实心长锥柄进行多种形式的改进,以达到双面定位,提高定位精度和刚度的目的。 BIG-PLUS刀柄的锥度仍然是7∶24。其工作原理是:将刀柄装入主轴锥孔锁紧前,端面的间隙小。锁紧后利用主轴内孔的弹性膨胀补偿端面间隙,使刀柄端面与主轴端面贴紧,从而增大其刚度。这种刀柄同样采用了过定位,因而必须严格控制其形状精度和位置精度,其制造工艺难度比HSK刀柄还要高。 3 HSK刀柄夹持系统 静压膨胀式刀柄、应力锁紧式刀柄和热装式刀柄是加工中心和高速铣削中常用的的夹头，下面分别介绍三刀柄的原理。 3.1静