2 高速加工對工具系統(tǒng)的要求

1. 兩面定位工具系統(tǒng)
   目前市場上大量應(yīng)用的仍是7:24錐度的工具系統(tǒng)(ISO 并淋、DIN、BT等工具系統(tǒng)均屬此類)显蝌。隨著切削高速化的發(fā)展预伺，此類工具系統(tǒng)暴露出以下不足：①剛性不足，刀柄的法蘭面與主軸端面之間存在間隙惨浩；②ATC(自動換刀)的重復(fù)精度不穩(wěn)定早斯，每次自動換刀后刀具的徑向尺寸都可能發(fā)生變化；③軸向尺寸不穩(wěn)定赫窄，主軸高速轉(zhuǎn)動時(shí)因受離心力作用內(nèi)孔會增大阶桦，使刀具軸向尺寸發(fā)生變化；④刀柄錐部較長臭脯，不利于快速換刀及機(jī)床的小型化铜朗。
   為解決上述問題，一些研究機(jī)構(gòu)和刀具企業(yè)開發(fā)了一種可使刀柄在主軸內(nèi)孔錐面和端面同時(shí)定位的新型聯(lián)接方式——兩面定位工具系統(tǒng)谒娩，其中最具代表性的是日本大昭和精機(jī)(BIG)開發(fā)的BIG-PLUS 工具系統(tǒng)和德國標(biāo)準(zhǔn)的HSK 工具系統(tǒng)嗅桑。

   圖1

   圖2

   1. BIG-PLUS 工具系統(tǒng)
      圖1所示的BIG-PLUS工具系統(tǒng)仍采用7:24錐度，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可減小刀柄裝入主軸時(shí)(鎖緊前)與端面的間隙(如40 “刀柄的間隙為0.2±0.005mm)嵌障，鎖緊后可利用主軸內(nèi)孔的彈性膨脹對該間隙進(jìn)行補(bǔ)償放余，使刀柄與主軸端面貼緊。
      BIG-PLUS工具系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①增大了與主軸的接觸面積畦盏，增強(qiáng)了系統(tǒng)剛性征炼，提高了對振動的衰減作用；②利用端面的矯正作用提高了ATC 的重復(fù)精度躬贡；③端面定位作用使系統(tǒng)軸向尺寸更為穩(wěn)定谆奥。
      由于BIG-PLUS 工具系統(tǒng)仍采用7:24錐度眼坏，鎖緊機(jī)構(gòu)也無不同，因此它與一般非兩面定位系統(tǒng)之間具有互換性酸些，這也是BIG-PLUS 工具系統(tǒng)得以迅速推廣的一個(gè)重要原因宰译。
   2. HSK 工具系統(tǒng)
      如圖2 所示的HSK工具系統(tǒng)采用1:10 錐度，刀柄為中空短柄擂仍，其工作原理是利用鎖緊力及主軸內(nèi)孔的彈性膨脹補(bǔ)償端面間隙囤屹。由于中空刀柄自身具有較大彈性變形，因此對刀柄的制造精度要求相對較為寬松逢渔。此外肋坚，由于HSK工具系統(tǒng)質(zhì)量較小，柄部較短肃廓，有利于高速ATC及機(jī)床的小型化智厌。但另一方面，HSK工具系統(tǒng)的中空短柄結(jié)構(gòu)將使系統(tǒng)剛性和強(qiáng)度受到一定影響官澳。
   兩面定位工具系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工具系統(tǒng)的許多不足尔兆，必將成為工具系統(tǒng)的主流，得到越來越廣泛的應(yīng)用澈渠。
2. 工具系統(tǒng)的剛性與動平衡性能
   工具系統(tǒng)的剛性是切削加工中不容忽視的問題蜈坛。剛性不足會引起工具系統(tǒng)振動或傾斜，影響加工精度和加工效率坞鲁。同時(shí)啦铣，工具系統(tǒng)的振動會加快刀具磨損，甚至影響刀具及機(jī)床的壽命萄撇。
   

   圖3

   如果將刀柄桿部近似看作一實(shí)心圓柱剛體圈烘，則其剛性與圓柱截面直徑的4次方成正比，與圓柱長度的3次方成反比该眨，即在質(zhì)量一定的條件下筋氮，刀柄越粗、越短兢糯，其剛性越強(qiáng)心唆。
   除刀柄形狀外，還可通過改變刀柄結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)剛性勘天。如一般的銑刀夾頭雖然鎖緊螺母較粗膀值，但由于螺母底部與刀柄本體之間存在間隙，使夾頭剛性損失很多误辑。圖3所示為日本大昭和精機(jī)株式會社生產(chǎn)的MEGA-D倍力型銑刀刀柄。該刀柄的螺母鎖緊后歌逢，螺母底面與刀柄本體完全貼緊巾钉，因此大大增強(qiáng)了系統(tǒng)剛性翘狱。與普通銑刀刀柄相比，倍力型銑刀刀柄的切削效率可提高兩倍多砰苍。
   高速加工對刀具的動平衡性能也提出了很高要求潦匈；如果刀具動平衡性能不好，在高速轉(zhuǎn)動時(shí)將受到很大的離心力作用(與不平衡力矩及轉(zhuǎn)速的平方成正比)赚导，容易使刀桿彎曲并產(chǎn)生振動茬缩。一般來說，彈簧夾頭吼旧、銑刀刀柄等可通過平衡修正來達(dá)到動平衡凰锡；但對于帶微調(diào)機(jī)構(gòu)的精譴頭，由于調(diào)節(jié)加工直徑時(shí)譴頭的重心也在改變嘶款，所以無法通過平衡修正來實(shí)現(xiàn)動平衡忿脉。
   

   圖4

   日本大昭和精機(jī)株式會社新推出一種可進(jìn)行自動平衡補(bǔ)償?shù)淖l頭。其工作原理如圖4所示居删。譴頭內(nèi)部安裝了一個(gè)小齒輪和一個(gè)平衡塊稻悟，在調(diào)節(jié)直徑、使套管軸向外移時(shí)榄兑，平衡塊通過小齒輪的作用向相反方向移動碉榔，從而保持系統(tǒng)重心位置不變。
3. 刀柄把持力及把持精度
   銑刀柄對銑刀的把持力在銑削加工中十分重要马窘。由于立銑刀刀刃帶有螺旋角拄央，加工時(shí)切削力的軸向分力很大，若工具系統(tǒng)對銑刀的把持力不足自幕，輕則影響加工精度稽徙，重則引起刀具及工件損壞，甚至造成安全事故振袋。
   增強(qiáng)刀柄把持力的主要方法包括嚴(yán)格控制刀柄內(nèi)孔公差很鸥、保證足夠的把持長度、合理選擇刀柄材料珍语、通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效實(shí)現(xiàn)將鎖緊力轉(zhuǎn)換為徑向把持力等锤岸。
   高速加工對工具系統(tǒng)的把持精度也提出了更高要求。例如：用三爪鉆夾頭夾持硬質(zhì)合金鉆頭進(jìn)行高速(20000r/min )鉆削時(shí)板乙，若鉆夾頭對鉆頭的把持精度不夠是偷，會造成鉆頭折斷、工件報(bào)廢募逞；在進(jìn)行小蛋铆、深孔鉸削精加工時(shí)，若工具系統(tǒng)把持精度不好，鉸刀前端跳動過大刺啦，會使加工出的孔徑超差留特。
   

   圖5

   提高工具系統(tǒng)的把持精度意味著必須“完全均勻”地把持刀具。對于不同的刀具玛瘸，應(yīng)采用不同的解決方案：彈簧夾頭的工作原理為旋緊螺母一壓入套筒一套筒內(nèi)徑縮小一夾緊刃具蜕青，影響其把持精度的因素除了夾頭本體的內(nèi)孔精度、螺紋精度糊渊、套筒外錐面精度旋钓、把持孔精度及螺母的螺紋精度外，螺母與套筒接觸面的精度以及套筒的壓入方式都很重要舆骚。普通彈簧夾頭的壓入方式如圖5a所示鱼谅，在鎖緊螺母過程中，螺母與套筒的接觸面間一直存在相對運(yùn)動桃旷，這不僅使套筒受扭力作用也较，而且接觸面會產(chǎn)生磨損，很難獲得或保持良好的把持精度薯舆。日本大昭和精機(jī)株式會社設(shè)計(jì)生產(chǎn)的高精度彈簧夾頭的壓入方式如圖5b所示晚乙，它的螺母被分為內(nèi)、外兩部分累冠，中間安裝了滾珠軸承缘违，當(dāng)螺母接觸套筒的瞬間，螺母的內(nèi)側(cè)部分停止轉(zhuǎn)動蝇罐，與套筒間無相對運(yùn)動岸腥，螺母的鎖緊力完全轉(zhuǎn)化為對套筒的壓力，這種壓入方式可使夾頭獲得較大把持力和較高把持精度合弥。

3 刀具智能化管理系統(tǒng)

4 結(jié)語