在現(xiàn)代汽車制造硼琢、飛機(jī)制造、氣輪機(jī)制造等行業(yè)中献蛔，為提高生產(chǎn)效率瞄邪，普遍采用高速和超高速切削，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)每分鐘上萬轉(zhuǎn)乃至數(shù)萬轉(zhuǎn)的切削機(jī)床已屢見不鮮允瞧。在如此高的轉(zhuǎn)速下简软，傳統(tǒng)切削普遍采用的7:24工具錐柄顯露出一系列缺點，已難以滿足高速切削的加工要求述暂。因此痹升，國內(nèi)外許多先進(jìn)的生產(chǎn)線上已廣泛采用一種新型的1:10短圓錐空心錐柄(HSK柄)來取代7:24圓錐柄。由于HSK工具錐柄在剛度畦韭、徑向圓跳動精度疼蛾、重復(fù)安裝精度、刀具壽命等方面都具有優(yōu)越性能艺配，因此迅速得到普及推廣察郁。但是，由于各種類型的空心柄工具進(jìn)口價格十分昂貴转唉，因此必須立足于國內(nèi)生產(chǎn)制造皮钠，開發(fā)國產(chǎn)HSK空心錐柄工具產(chǎn)品是我國工具行業(yè)面臨的一項重要任務(wù)稳捆。

1 HSK接口標(biāo)準(zhǔn)及接口部位的檢測

目前，尚無正式的HSK接口國際標(biāo)準(zhǔn)(只有尚未頒布實施的ISO/DIS12164 標(biāo)準(zhǔn)草案)麦轰，各國生產(chǎn)HSK接口相關(guān)產(chǎn)品(包括機(jī)床乔夯、工具系統(tǒng)、檢測工具和儀器等)的廠家都是按照德國標(biāo)準(zhǔn)DIN69893和DIN69063進(jìn)行設(shè)計潘吸、制造醇疮。DIN69893規(guī)定了HSK柄部的形狀尺寸；DIN69063規(guī)定了HSK錐柄安裝孔的形狀尺寸历恨。下面以HSK63-A型柄部及其安裝孔為例氯也，討論HSK錐柄和安裝孔的形位尺寸要求及檢測方法。

1.1 在DIN 標(biāo)準(zhǔn)中啃栋，HSK柄部工具圓錐的尺寸決定于兩斷面的直徑及公差饮估。圖1給出了HSK63-A柄部的主要尺寸。

圖1 HSK63-A 柄部的型式及主要尺寸

圖1中殴据，影響HSK刀具性能的關(guān)鍵尺寸包括：①錐柄l₂處直徑d₂=48.000^+0.011_+0.007mm墙目；②l₂+l₃處直徑d₃=46.530^+0.007_+0.003mm；③夾緊用30°斜面中點相對于端面的位置尺寸l₆=18.13±0.042mm又信。由尺寸d₂胰绢、d₃可得到如圖2所示的HSK63-A錐柄的外圓錐公差帶。若加工后d₂和d₃均符合標(biāo)準(zhǔn)要求抛冗，即表明圓錐的尺寸精度及圓錐相對于端面的位置精度均合格切省。由于公差帶兩端呈喇叭口形，HSK63-A 錐柄的錐體根部尺寸可達(dá)?48.637～48.644mm帕胆，大于安裝錐孔的端面孔徑朝捆。因此，錐柄在安裝孔內(nèi)被拉緊前懒豹，端面之間存在一定間隙量(對于HSK63 錐柄約為0.04～0.14mm)芙盘；錐柄拉緊后，錐面和端面即可達(dá)到緊密接觸脸秽，并具有很高剛性儒老。

圖2 HSK63-A柄部外圓錐的公差帶

生產(chǎn)中，直徑尺寸d2记餐、d3多用帶千分表的專用環(huán)規(guī)(見圖3)來檢測驮樊。使用環(huán)規(guī)對工件進(jìn)行檢測前，需先用標(biāo)準(zhǔn)樣錐(圖3中所示錐體)對千分表校準(zhǔn)片酝。標(biāo)準(zhǔn)樣錐的尺寸按d2=48.000mm巩剖、d3=46.530mm、錐度2°51′45”(1:10錐度)制造钠怯。

圖3 專用環(huán)規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)樣錐

d2佳魔、d3也可用氣動型或電感型HSK綜合檢查儀進(jìn)行檢測。圖4所示為HSK電感綜合檢查儀的測量原理福信。電感測頭將測得的信號輸入計算機(jī)惧仪，經(jīng)過測量軟件和計算軟件的處理，即可在監(jiān)視器上直接顯示出d2蹲楷、d3的實際直徑值和錐體的實際角度值蠕艳。

圖4 HSK電感綜合檢查儀測量原理

成都工具研究所已開發(fā)出多種規(guī)格的HSK電感綜合檢查儀(儀器外觀見圖5)，該儀器可用于測量HSK錐柄或HSK錐柄安裝孔茬蒿，測量精度和4 小時穩(wěn)定性可達(dá)0.001mm磺则，分辨率為0.0001mm。該儀器測量準(zhǔn)確附扭、快捷牧俩，適用于產(chǎn)品終檢。

圖5 成都工具研究所生產(chǎn)的HSK電感綜合檢查儀

1.2 尺寸l6是為了保證刀柄在工作過程中始終具有足夠拉緊力和較高剛度而設(shè)定的叔寓。尺寸l6通常是在數(shù)控車床上以高速妨迈、小進(jìn)給量條件加工出來的，由于l6的起點和終點分別在孔內(nèi)和孔外穷窃，所以測量該尺寸需要設(shè)計專用檢具呈枉，這種HSK拉緊斜面測量檢具的結(jié)構(gòu)如圖6所示。進(jìn)行校準(zhǔn)或檢測時埃碱，先按下測頭猖辫，將樣件或HSK刀柄以錐面定心后，再放開圓盤測頭砚殿，測頭在彈簧作用下與斜面接觸啃憎，進(jìn)行比較測量。

圖6 HSK拉緊斜面測量檢具

1.3 由于HSK空心刀柄的孔壁較薄瓮具，為了減小鍵傳動的接觸應(yīng)力荧飞，DIN69893中規(guī)定HSK錐柄尾端鍵槽應(yīng)為圓弧形，且對圓弧中心的位置精度提出了嚴(yán)格要求(見圖7名党，對于HSK63叹阔，圖中尺寸值分別為：e1=18.110mm，e2=9.15mm传睹，r3=2.88±0.02mm耳幢，b1=12.54±0.04mm)，4個圓弧應(yīng)與鍵槽寬度b1相切欧啤。為控制圓弧鍵槽的形位精度痪僵，首先要保證b1的尺寸精度和對稱度要求，然后再用專用檢具檢測4個圓弧的形位誤差倍挚。

圖7 HSK錐柄自小端沿軸線看的視圖

1.4 在DIN 標(biāo)準(zhǔn)中暮诫，HSK安裝孔的型式尺寸是由一個直徑尺寸及其公差诵城、錐角及其偏差來確定的。圖8為HSK63安裝孔尺寸及其公差帶参唆。

圖8 HSK63安裝孔尺寸及其公差帶

在加工過程中慷组，可用帶千分表的錐度塞規(guī)來控制HSK安裝孔的錐孔相對于端面的位置(對于HSK63，錐孔l2的公差控制在-0.03～+0.01mm之間)躯殷。圖9所示為用基準(zhǔn)環(huán)規(guī)校正帶千分表塞規(guī)的情況溢棱。這些檢具工廠可自行制造，但基準(zhǔn)環(huán)規(guī)需經(jīng)北京計量科學(xué)研究院標(biāo)定独府，以保證HSK錐柄工具的互換性吩伊。

圖9 HSK安裝孔檢具

除了可用帶表塞規(guī)檢測HSK安裝孔以外，還可用氣動錐度塞規(guī)(見圖10)或電感錐度塞規(guī)進(jìn)行測量婆沟，但目前國內(nèi)尚無產(chǎn)品供應(yīng)便螟，需特殊定貨。

圖10 氣動錐度塞規(guī)

2 HSK刀柄的動平衡

對于鏜銑類機(jī)床口柳，如果安裝在主軸上的刀柄動平衡不好苹粟，主軸轉(zhuǎn)動時就會受到離心力作用，從而降低刀具回轉(zhuǎn)平穩(wěn)性跃闹，影響工件加工質(zhì)量以及刀具和主軸軸承的使用壽命嵌削。為抵消離心力的作用，可通過在適當(dāng)位置增加或減少一個相應(yīng)的質(zhì)量來達(dá)到刀柄的動平衡望艺。如某些HSK夾頭就是通過補(bǔ)償孔(或補(bǔ)償平面)來修正苛秕、抵消原有的不平衡量U。

2.1 刀柄動平衡計算參數(shù)及公式

對刀柄進(jìn)行動平衡計算時找默，需應(yīng)用以下參數(shù)及計算公式：G——平衡等級指標(biāo)(mm/s)艇劫，G=eΩ；M——物體質(zhì)量(g)惩激；Ω——角速度(/s)店煞，Ω=2pN；N——HSK刀柄轉(zhuǎn)速(r/min)风钻；m——不平衡質(zhì)量(g)顷蟀；r——m的回轉(zhuǎn)半徑(mm)；e——重心偏距(μm)缎选，e=G/Ω=U/M展管；U——不平衡量(g·mm)，U=mr=Me(見圖11)否胜；F——離心力(N)瓣老，F(xiàn)=UΩ2。

圖11 不平衡量U的計算

平衡等級G 的計算實例
已知一個HSK錐柄夾頭的質(zhì)量M=1000g，經(jīng)動平衡后仍有殘余不平衡量U=3g·mm崇已，試計算該夾頭在N=20000r/min轉(zhuǎn)速下工作時的平衡等級G户挟。

由e=U/M，Ω=2pN/60可知

G=eΩ=2pNU/60M=pNU/ 30M

代入數(shù)值計算可得G≈6.3mm/s久耍。同理可知：當(dāng)工作轉(zhuǎn)速N=8000r/min時士宏，G≈2.5mm/s；當(dāng)工作轉(zhuǎn)速N=3200r/min時椭皿，G≈1mm/s。上述結(jié)果也可直接從圖12所示的平衡等級列線圖中直接查得孟景。

圖12 平衡等級列線圖

由上述結(jié)果可知：①當(dāng)?shù)侗|(zhì)量M相同刻渔、殘余不平衡量U相同、工作轉(zhuǎn)速N不同時让腹，平衡等級G隨之不同远剩；②在不同轉(zhuǎn)速下，要使平衡等級G相同骇窍，則當(dāng)工作轉(zhuǎn)速越高時其不平衡量U 必須越小瓜晤。

2.2 HSK刀柄的平衡等級G 推薦值及限制轉(zhuǎn)速

當(dāng)工作轉(zhuǎn)速N=15000r/min 時，HSK40～HSK63 刀柄的平衡等級推薦值為G=6.3mm/s腹纳；當(dāng)工作轉(zhuǎn)速N=9000r/min 時痢掠，HSK80～HSK100刀柄的平衡等級推薦值為G=6.3mm/s。

刀柄和刀具經(jīng)過動平衡后嘲恍，使用時的限制轉(zhuǎn)速見下表足画。

刀柄規(guī)格	限制轉(zhuǎn)速 (r/min)	刀柄規(guī)格	限制轉(zhuǎn)速 (r/min)
HSK32	<50000	HSK40	<42000
HSK50	<30000	HSK63	<25000
HSK80	<20000	HSK100	<16000

(end)

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