HSK工具系統(tǒng)

　　HSK(德文Hohl Shaft Kegel縮寫)刀柄是由德國阿亨工業(yè)大學(xué) 
　　HSK工具系統(tǒng)突出特征是采用端面和錐面同步接觸雙重定位较谣，保證配合可靠性。類似BT錐柄孩最，HSK的徑向精度取決于錐面接觸特性(二者的徑向精度最高可達(dá)0.2μm)趾赡。HSK接口的軸向精度取決于接觸端面，與軸向夾緊力無關(guān)眯找，僅由結(jié)構(gòu)決定好勤，這與BT錐柄顯著不同。HSK刀柄的另一個(gè)特征是為空心錐柄啼染，以較小夾緊力產(chǎn)生足夠彈性變形宴合，空心薄壁的徑向膨脹量保持與主軸內(nèi)錐孔變形對應(yīng)〖６欤空心柄部還為夾緊拉釘提供了安裝位置卦洽，實(shí)現(xiàn)由內(nèi)向外夾緊，空心柄部還可內(nèi)置切削液斜棚。采用內(nèi)夾緊方式可使離心力化為夾緊力阀蒂，保證高速旋轉(zhuǎn)的刀柄夾緊可靠性。HSK刀柄特征之三是采用1:10的小錐度叮減小錐面部分的夾緊力弟蚀，提高HSK接口的承載能力蚤霞，同時(shí)又能夠保證錐部良好的定位作用。HSK刀柄與主軸連接結(jié)構(gòu)與原理。

KM工具系統(tǒng)

　　KM刀柄是美國肯納(Kennametal)公司在1987年開發(fā)昧绣，為1:10錐度规肴。在夾緊機(jī)構(gòu)拉桿上設(shè)有兩個(gè)對稱的圓弧凹槽，該槽底為兩段弧形斜面夜畴。夾緊刀柄時(shí)塞姻，拉桿向右移動(dòng)，鋼球沿凹槽的斜面被推出的惕，卡在刀柄上的鎖緊孔斜面上卸能。刀柄向主軸孔內(nèi)拉緊后，薄肇錐柄產(chǎn)生彈性變形忍抗，使刀柄端面與主軸端面貼緊，實(shí)現(xiàn)錐面和端麗同時(shí)接觸雙面定位饲丢。

　　KM系統(tǒng)也是1:10中空短錐柄付厦，采用三點(diǎn)接觸和雙鋼珠鎖定的方式連接，使KM系統(tǒng)具有剛度高蜻弧、精度高超默、裝夾快捷和維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。

　　研究表明：與BT刀柄相比吓挣，HSK刀柄和KM刀柄具有更好的靜剛度和動(dòng)剛度园环。KM刀柄的拉緊力、鎖緊力和動(dòng)剛度值明顯大于HSK刀柄奄础，整體性能最佳陋气，三者結(jié)構(gòu)及性能比較(表略)知，KM刀柄也存在—些不足如有較大過盈量引润，所需的夾緊力至少是HSK的3倍巩趁。

Big-plus工具系統(tǒng)

　　Big-plus刀柄由日本大昭和精機(jī)公司(Big-Daishowa Seiki)研制，并且成功申請了專利進(jìn)行技術(shù)保護(hù)淳附，與7:24刀柄可兼容互換议慰。Big-plus工具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)利用主軸內(nèi)孔的彈性膨脹鎖緊后補(bǔ)償問隙，縮小刀柄裝入主軸后與端面的間隙奴曙，保證刀柄與主軸端面配合别凹。工作時(shí)，刀柄裝入主軸后在主軸端面與刀柄法蘭之間留有約0.02mm的間隙洽糟，當(dāng)?shù)侗焕o后炉菲，主軸端口彈性擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)錐面與端面的同時(shí)接觸坤溃，避免因主軸的擴(kuò)張?jiān)斐傻侗妮S向移動(dòng)颁督。Big-plus系統(tǒng)的主軸和刀柄制造精度非常高，保證系統(tǒng)的整體性能，被日本高速機(jī)床廠商普遍采用沉御。

　　與BT錐柄相比小愚，Big-plus錐柄的彎矩承載能力因有一支撐直徑而提高，增強(qiáng)了裝夾穩(wěn)定性芋甸。Big-plus工具系統(tǒng)剛性高绪毅，有衰減振動(dòng)功能，在高速切削時(shí)可減少刀柄跳動(dòng)谬咽，提高重復(fù)換刀精度叙傅，延長刀具的壽命，在高速加工領(lǐng)域可獲得較高加工精度麸癌。

Showa D-F-C工具系統(tǒng)

　　Showa D-F-C刀柄是由日本圣和精機(jī)株式會(huì)社開發(fā)的熊赐，其柄部為7:24錐度圓柱形，圓柱面上配有帶外錐面的錐套性躬，錐套大端與刀柄本體的法蘭端面之間設(shè)有碟形彈簧汛滩，具有緩沖吸振和雙面定位效果。

　　刀柄采用錐套碟形彈簧的組合式結(jié)構(gòu)俱挨，通過移動(dòng)錐套函绊，可以補(bǔ)償錐部基準(zhǔn)圓的微鼉軸向位置誤差，能可靠的實(shí)現(xiàn)雙向約束漓拾。當(dāng)錐孔因離心力作用擴(kuò)張時(shí)阁最，在碟形彈簧的作用下，錐套產(chǎn)生軸向位移骇两，補(bǔ)償徑向間隙速种，確保徑向精度。碟形彈簧還能衰減切削時(shí)的微量振動(dòng)低千，有利于提高刀具的耐用度哟旗、改善加工表面質(zhì)量；該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還解決了HSK栋操、KM闸餐、Big-Plus等雙面定位型結(jié)構(gòu)在刀柄和主軸錐孔磨損后，錐面定位性能下降的問題矾芙。但是刀柄上錐套孔因離心力發(fā)生擴(kuò)張舍沙，使Showa D-F-C柄部圓柱體出現(xiàn)間隙，徑向剛度和徑向位置精度有所下降剔宪。

Lock工具系統(tǒng)

　　Lock刀柄是日本株式會(huì)社日研工作所開發(fā)出的7:24錐度雙面定位型結(jié)構(gòu)拂铡。其柄部為圓柱體和圓錐體的組合，在該復(fù)合體上附帶錐套粱储，錐套大端與刀柄本體的法蘭端面之間安置碟形彈簧实射，錐套小端通過細(xì)牙鎖母定位和鎖緊启中，Lock刀柄和BT刀柄結(jié)構(gòu)區(qū)別。

　　Lock最大特點(diǎn)是用端面磺伍、錐面和錐套內(nèi)孔三處鎖緊疯食，不同與兩面接觸高速刀柄僅端面與錐面接觸打气，三處鎖緊保證高速旋轉(zhuǎn)時(shí)系統(tǒng)可靠性茧纵。三面定位避免因離心力導(dǎo)致錐套孔與柄部體產(chǎn)生間隙膝舅，提高系統(tǒng)徑向剛度和徑向位置精度揉阎。但3-Lock刀柄錐套有開口縫，對動(dòng)平衡精度有一定影響米者。 

工具系統(tǒng)動(dòng)平衡精度

　　高速切削條件下数芝，工具系統(tǒng)微小的不平衡的席，都可能產(chǎn)生很大的離心力恋赎，引起機(jī)床和工具系統(tǒng)的急劇振動(dòng)倘回，導(dǎo)致加工工件表面質(zhì)量惡化甚至損壞機(jī)床主軸等部件，故需要研究制定更高的動(dòng)平衡標(biāo)準(zhǔn)疾浓。

　　可以考慮開發(fā)在線自動(dòng)動(dòng)平衡裝置音瓷，使工具系統(tǒng)具有在線自動(dòng)動(dòng)平衡功能，保證裝配后的工具系統(tǒng)動(dòng)平衡素邪。研制在線故障預(yù)警功能的工具系統(tǒng)，使其在安裝或使用中出現(xiàn)故障時(shí)可報(bào)警猪半，提高安全陛兔朦。刀柄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡量采用回旋對楊睦吉構(gòu)，為動(dòng)平衡提供理論條件磨确。 

刀柄和主軸錐孔的配合精度

　　高速情況下沽甥，由于錐面存在著過盈應(yīng)力，導(dǎo)致錐面變形嚴(yán)重乏奥，使工具系統(tǒng)的可靠性下降摆舟。刀具與主軸的聯(lián)結(jié)問題影響高速切削的可靠性及機(jī)床主軸的動(dòng)平衡，已成為高速切削的薄弱環(huán)節(jié)之一邓了。

　　傳統(tǒng)刀柄和主軸錐孔的配合精度比較低恨诱，無法保證工具系統(tǒng)定位夾持精度和換刀重復(fù)定位精度。要加強(qiáng)對刀柄錐孔配合精度的研究骗炉，提高工具系統(tǒng)的可靠性照宝。高速切削加工(HSM)不但要求刀具本身具有良好的剛性、柔性和動(dòng)平衡性榛覆，同時(shí)對其與機(jī)床主軸連接的剛性和連接精度巫顽，及保持刀具的把持力和把持精度及其各方面都提出了嚴(yán)格的要求。較好的刀具與機(jī)床的連接性能不僅提高加工效率跃等，而且能提高定位精度菲痹，從而提高加工質(zhì)量湘秀。

工具系統(tǒng)剛度和刀柄的制造精度

　　工具系統(tǒng)剛度不足會(huì)導(dǎo)致刀具系統(tǒng)振動(dòng)，常規(guī)工具系統(tǒng)剛度和精度無法滿足高速加工的要求编毒，從而降低加工精度军含，并加劇刀具的磨損，降低刀具的使用壽命坎谱。高速加工的工具系統(tǒng)都采用過定位的接觸裝配方式始坝，因此對接觸配合工作表面加工精度要求很高。選用合適的材料念婶，合理的制造工藝以及生產(chǎn)過程的質(zhì)量監(jiān)控蓄揭，提高刀柄制造品質(zhì)是高速加工工具系統(tǒng)研究中要解決的實(shí)際問題。

　　采用適合高速切削的刀柄分搞，改變刀具和主軸錐孔的配合方式儿捧，在高速主軸設(shè)計(jì)中，目前對刀/軸聯(lián)結(jié)研究較成功的設(shè)計(jì)主要有兩種策略：—是改變7:24錐度標(biāo)準(zhǔn)采用替代型結(jié)構(gòu)挑宠，如德國的HSK系列刀柄菲盾、美國的KM系列刀柄等。另一種是為降低成本各淀，仍采用現(xiàn)有的7:24錐度而進(jìn)行改進(jìn)的刀柄結(jié)構(gòu)懒鉴。如美國的WSU系列刀柄，日本BIG-PLUS刀柄碎浇，3LOCK刀柄等临谱，這種刀柄結(jié)構(gòu)可改進(jìn)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)主軸向高速化的過渡。

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