圖1 Big-plus系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)7：24連接比較 |
切削加工的精度和效率不斷提高瑟啃，現(xiàn)有的7:24錐柄作為機(jī)床主軸與刀具連接的方式已經(jīng)不能滿足新的加工要求腰燕，其主要問題是連接剛性不夠胳雁，以及在高的轉(zhuǎn)速下柔些，由于主軸錐孔的擴(kuò)張壮僵，降低了重復(fù)定位精度和換刀精度。
HSK空心柄實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主軸與刀具在錐面接觸的同時(shí)還增加了在端面的接觸欺枚，避免了刀具在高速下的軸向串動清腌，并保證了重復(fù)定位精度。盡管HSK比7:24錐柄有這些優(yōu)點(diǎn)竖习，但帶有7:24錐孔的新機(jī)床仍然在生產(chǎn)銷售帆摊，其原因何在?
錐柄和端面同時(shí)接觸的7:24錐柄
在采購新機(jī)床時(shí)，用戶考慮的不僅是效率而首先是價(jià)格和應(yīng)用之間的關(guān)系。在采用一種新的刀柄時(shí)仿贬，所有的刀具甚至備份都必須配上新的HSK或7:24錐柄纽竣，這需要一筆大的費(fèi)用。此外茧泪，從技術(shù)上分析蜓氨，HSK刀柄還有形狀和尺寸過多的弊端，反映出該刀柄是對多方面意見妥協(xié)的結(jié)果调炬；尤其不足的是實(shí)際的錐柄尺寸比標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)法蘭直徑所定的名義尺寸小，降低了刀柄的強(qiáng)度舱馅，這會增加刀具振動的可能性缰泡，尤其是長的刀具；HSK刀柄不適用于作為工具系統(tǒng)的接柄代嗤，如用于銑刀的夾頭時(shí)明顯地增加了刀具系統(tǒng)的長度棘钞，削弱了系統(tǒng)的剛性。
針對HSK刀柄的不足干毅，日本BLG-Daishowa Seiki公司成功地開發(fā)了一種稱為"Bigplus"的機(jī)床主軸與刀具的接口宜猜，實(shí)現(xiàn)了刀具裝夾的最佳化。該系統(tǒng)仍采用7:24錐柄等盏，因此可與現(xiàn)有的7:24刀柄完全兼容寇杆，不會增加額外的刀具成本。由于它同樣實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主軸與刀柄之間的錐面和端面的同時(shí)接觸缩睛，從而滿足了機(jī)床-刀具接口對穩(wěn)定性和精度的要求构演。
現(xiàn)有的7:24連接在主軸端面與刀具法蘭之間存在一個(gè)間隙，只有錐面接觸辉召。而"Big-plus"系統(tǒng)則把這個(gè)間隙量分配給主軸和刀柄各一半允由，分別加長主軸和刀柄法蘭的尺寸(圖1)，開發(fā)了配套的"Big-plus"加長主軸和加厚了法蘭的"Big-plus"刀柄影虫。
Big-plus刀柄數(shù)倍地提高了連接的剛性
由于這種刀柄的錐柄部分仍是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的7:24錐柄谒只，與標(biāo)準(zhǔn)刀具完全兼容，即"Big-plus"刀柄可以裝在現(xiàn)有的機(jī)床主軸上使用(圖2上的B連接)跛农，同樣橡吗，現(xiàn)有的7:24錐柄刀具可以裝在"Bigplus"的主軸上使用(圖2上的C連接)。要實(shí)現(xiàn)主軸端面與刀具法蘭的同時(shí)接觸沼币，則必須同時(shí)采用"Big-plus"的主軸和刀柄(圖2上的A連接)散骚。
新系統(tǒng)的主要特征是，當(dāng)?shù)毒呃霗C(jī)床主軸時(shí)引起主軸錐孔的彈性擴(kuò)張痕寓。裝刀時(shí)傲醉，刀具送入主軸以后在主軸端面與刀柄法蘭之間留有約0.02mm的間隙，當(dāng)?shù)侗煌耆霑r(shí)，主軸端口彈性擴(kuò)張硬毕，實(shí)現(xiàn)錐面與端面的同時(shí)接觸(圖3)呻引。
為了確保錐面與端面的同時(shí)接觸，"Big-plus"系統(tǒng)的主軸和刀柄必須精確制作吐咳，以保證在刀柄拉入時(shí)伴隨主軸的擴(kuò)張實(shí)現(xiàn)刀具的軸向移動并使端面接觸所需要的尺寸精度逻悠。為此需要有三個(gè)量規(guī)來控制主軸錐孔的制造尺寸(圖4)：一個(gè)是校對環(huán)規(guī)，規(guī)定了主軸錐面定位時(shí)端面的尺寸增量H韭脊；另一個(gè)是帶表塞規(guī)童谒，它把校對環(huán)規(guī)的H尺寸傳遞給主軸；第三個(gè)是帶表的輔助錐規(guī)沪羔，它用作測量刀柄拉入時(shí)由于主軸擴(kuò)張所對應(yīng)的刀柄軸向位移量饥伊。
圖2 Big-plus系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)的互換性
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圖3 實(shí)現(xiàn)兩面接觸的原理
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圖4 控制尺寸精度的量規(guī)
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拉緊刀柄時(shí)，主軸的擴(kuò)張量與主軸的設(shè)計(jì)和拉緊力有關(guān)蔫饰。主軸錐面定位時(shí)陈谜，其端面位置尺寸允差越窄，則主軸擴(kuò)張量越小喇暴。與標(biāo)準(zhǔn)的7:24錐柄比較牍系，"Big-plus"錐柄對彎矩的承載能力因一個(gè)明顯加大的支撐直徑而提高，從而顯著地提高了裝夾穩(wěn)定性倍熄。在標(biāo)準(zhǔn)的7:24錐柄上彎矩的支撐直徑是錐柄上的公稱直徑户寺，而"Big-plus"刀柄的支撐直徑是法蘭的外徑，根據(jù)圓載面的慣性矩公式混检，刀桿的撓度與直徑的4次方成反比批先，由此得出，"Big-plus"比標(biāo)準(zhǔn)7:24刀柄承受彎矩的能力眉崩，對于SK40號刀柄提高了3.5倍囤胯，對于SK50號刀柄則提高了3.9倍。
"Big-plus"刀柄裝夾的穩(wěn)定性可以與HSK刀相媲美徙蜓。但HSK的錐柄比7:24錐柄短蚪缚，因此換刀行程短、速度快贫怀，這是有利的一面米苹；然而短錐柄也有不利的一面，尤其是HSK A型刀柄砰琢，其傳動鍵與主軸錐孔是一個(gè)整體蘸嘶，由于制造技術(shù)上的原因，處于鍵這一段的錐面很難精確制造陪汽，使刀柄的有效錐面要短于名義的錐面训唱。在使用長刀具或徑向力大的刀具時(shí)，短錐柄就成為一個(gè)缺點(diǎn)。根據(jù)杠桿定律况增，產(chǎn)生在刀具參考直徑處的切削力F1作用在刀柄的法蘭處(圖5)赞庶，那里起一個(gè)回轉(zhuǎn)中心的作用，力再從該點(diǎn)傳遞到錐柄的最后端支承點(diǎn)上澳骤，產(chǎn)生F2力歧强。錐柄越短則在那里產(chǎn)生的F2力越大，其軸向分力Fp也越大为肮，這是一個(gè)向外推刀柄的力摊册，一個(gè)人的推力對刀柄裝夾的穩(wěn)定性會產(chǎn)生不利的影響。
新系統(tǒng)在實(shí)踐中得到認(rèn)可
"Big-plus"系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)推動了"Big-plus"機(jī)床主軸和刀具系統(tǒng)的推廣應(yīng)用果喊，例如所有日本著名的機(jī)床制造商都擁有"Big-plus"的許可證找骏，它們中已有許多公司把這種主軸作為它們機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)配置。在歐洲警钥，這個(gè)系統(tǒng)同樣得到了認(rèn)可射疤，那里的一些著名的機(jī)床制造商也希望獲得許可證符殊，將有越來越多的機(jī)床裝備這種主軸晒躺。
在刀具制造商方面，一家最大的瑞典刀具制造商已經(jīng)認(rèn)可了這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)倘秸，表示該公司的刀具也用"Big-plus"的設(shè)計(jì)挑胯。一家較大的德國刀具制造商已購買了許可證。
瑞士的Heinz kaiset公司由于與該系統(tǒng)的日本制造商多年的合作轨皮，在幾年前決定成為"Big-plus"刀具在瑞士的總代理伪滤，并應(yīng)用在Kaiser公司的生產(chǎn)中，實(shí)踐結(jié)果使Kaiser公司也購買了許可證燎厘，用于制造Kaiser模塊化工具系統(tǒng)薇硬。
"Big-plus"系統(tǒng)在應(yīng)用中顯示了很好的效果。在高的切削參數(shù)下蠢琳，比現(xiàn)有的刀柄更可靠啊终，并提高加工效率。刀柄的跳動減少傲须，重復(fù)換刀精度提高蓝牲，用于延長刀具的壽命、提高加工質(zhì)量和加工的安全性泰讽。由于實(shí)現(xiàn)了錐面與端面的同時(shí)接觸例衍，避免了高速旋轉(zhuǎn)時(shí)主軸擴(kuò)張所引起的刀具軸向串動，因此在高速切削領(lǐng)域可實(shí)現(xiàn)很高的加工精度已卸。
日本工具系統(tǒng)獲德國專利
日本大昭和精機(jī)公司開發(fā)的兩面夾緊式工具系統(tǒng)“Big Plus”已獲得德國專利佛玄。Big Plus工具系統(tǒng)于1992年開發(fā)成功，迄今已達(dá)10年，專利從2002年9月7日起生效翎嫡。在HSK工具系統(tǒng)占主導(dǎo)地位的歐洲市場欠动，Big Plus工具系統(tǒng)能獲得德國專利是非常不容易的。Big Plus工具系統(tǒng)的特點(diǎn)是夾持剛性高惑申，可進(jìn)行高速具伍、高精度切削加工。迄今镇纳，大昭和精機(jī)公司已向世界各地銷售出25萬件這種產(chǎn)品枉俗，該工具系統(tǒng)已被瑞士廠家正式采用。此外仍枕，大昭和精機(jī)公司還向歐洲工具制造廠提供該工具系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)营俘。 |
| 本文作者:趙炳楨(編譯) |
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