big-plus刀具系统的分析与研究

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1、BIG-PLUS刀具系统的分析与研宄班级：机制11-3班学好：04姓名：毛启隆摘要介绍了高速加工用典型工具系统的结构特点，重点介绍了BIG—PLUS刀具系统的结构特点与工作原理，，并且由于其双面同步接触的特点，在高速加工屮应用的BIG—PLUS刀柄及其工具系统，BIG—PLUS最后分析了夹紧力、径向力、锥柄长度等对刀柄刚度和承载能力的影响，本身有其特点和工程应川背景，对其开展基础性研宂有着重要的理论和实践意义。本研究在对国内外新型工具系统开发和应用进行概述和分析关键词:工具系统;BIG—PLUS刀柄;刚度

2、;数值模拟;锥面过盈联接1.1BIG—PLUS工具.系统的工作原理Big-plus刀柄间燃BT刀柄图2.12BIG-PLUS上只•系统的I:作原理示意阁现有的7:24连接在主轴端面与刀具法兰之间存在一个间隙，只有锥面接触。BIG—PLUS工具系统是日本大昭和精机公司开发的改进型7:24锥柄工具系统（见图2.12）。BIG—PLUS工具系统与现有的7:24锥柄完企兼荇，它将主轴端面与刀具法兰间的间隙量分配给主轴和刀柄各一半，分别加长主轴和加厚刀柄法兰的尺寸，幵发了配套的BIG—PLUS加氏主轴和加厚了法兰的

3、BIG—PLUS刀柄，实现主轴端面与刀具法兰的同时接触。其设计原理是将刀柄装入主轴时（锁紧前）端面的间隙小{对于40号刀柄，间隙为（0.02士0.005）mm}锁紧后利用主轴内孔的弹性膨胀补偿间隙，装入刀柄时伴随主轴孔的扩张使刀具轴向移动，使刀柄与主轴端面贴紧，这种设计产生的效果是与主轴的接触面积增大使刚性增强，振动衰减效果提高，端而的矫正作用使ATC的重复精度提岛，端而的定位作用使轴肉尺、稳定。BIG—PLUS工具系统的夹持刚性高，因此在高速加工屮刀柄的跳动减少，重S换刀精度提高。1.2BIG—PLUS

4、刀柄的结构特点图2.13BIG-PLUS丁具系统纵截面形状示意图BIG—PLUS工具系统的工作原理已经知道，它也是采用锥面和端面同时定位、夹紧的工作•—•一一A’A汽一方式。长锥面2限制了X，Z，^’，端面限制了x’z’7’，属于过定位。该方式中，刀柄轴向定位精度和刚度高，径向定位精度也高，巾于存在端面1的支承作用，刀柄的径向刚度得到提高。由于刀柄和主轴孔采用了锥而配合，装卸行程短，装卸方便。由于采用了过定位的的工作方式，为了保证刀柄和主轴的锥而和端而同时接触，刀柄和主轴的制造精度要求较高。另外，由于端面

5、阻止了刀柄轴向移动，因此这种方案的刀柄径向磨损后没有自补偿能力，不可重磨锥面。近年来新开发的高性能工具系统基本都采用这种定位方式。除了BIG—PLUS刀柄外，德国的HSK刀柄，美国的KM刀柄等都采用这种双面同步接触的定位方式。1.3BIG—PLUS工具系统的夹紧力轴向夹紧力和锥面过盈是BIG—PLUS工具系统实现双面定位夹紧的重要环节，首先要使锥面产生弹性变形;而要克服弹性变形的阻力，只要依靠夹紧力的作用。另外，夹紧力的大小直接影响BIG—PLUS刀柄的承载能力。工具系统要得到优良的性能，必须被充分夹紧。

6、夹紧力的大小必须满足两个方面的要求:(1)克服刀柄锥体与主轴锥孔之间因过盈配合而产生的阻力，使刀柄锥面与主轴锥面可靠的接触；(2)保证足够大的拉紧力作用在刀柄端而和主轴端而之间，保证他们之间可靠的接触，这部分拉紧力应占总拉紧力的70%以上。⑶高速加工吋BIG—PLUS刀柄所受的夹紧力是拉杆原始动力提供的夹紧力，与传统的BT工具系统类似，但是BIG—PLUS工具系统的设计原理是将刀柄装入主轴时(锁紧前)端面的间隙小｛对于40号刀柄，间隙为(0.02士0.005)mm)，锁紧后利用主轴内孔的弹性膨胀补偿间隙，

7、使刀柄与主轴端而贴紧。因此其需要足够的加紧力保证双而接触与夹紧。2.1BIG-PLUS工具系统的静刚度在分析、比较BIG—PLUS(BBT40)工具系统与其它工具系统(BT40、HSK63)静刚度及动刚度时，必须与其夹紧力联系起来，否则不能解释其刚度的一些特殊现象，其至会产生错误的认识。BBT40工具系统刚性比HSK63、BT40工具系统的刚性都高。并且还可以看出，仅靠锥面连接定位的BT40工具系统的刚度变化不是很明显，而依靠端面和锥面共同连接定位的HSK63和BBT40工具系统的刚度曲线比较杂，它可以近

8、似的看作是由两条近似直线和一条过渡圆弧组成。当刚度曲线呈线性增加到某一值吋，随着夹紧力的提高，HSK63径向刚度呈现下降的趋势，而BBT40的径向刚度值基本保持不变。是什么原因产生这种现象的呢?为了解释这一现象，从理论上揭示其刚度特性的变化规律，我们可以对有共性的两种工具系统的结构进行分析，建立其受力变形的力学模型。根裾第二章对BIG—PLUS和HSK以及传统的刃24锥柄结构的比较和分析，可以发现BIG—PLUS和HSK在结构