加工中心高速主轴与刀具的连接方式及其选用

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1、2012年7月安阳工学院学报July.2012第11卷第4期渊总第58期冤JournalofAnyangInstituteofTechnologyVol.11No.4渊Gen.No.58冤加工中心高速主轴与刀具的连接方式及其选用12蒋清袁陶剑渊1.安阳鑫盛机床股份有限公司曰2.安阳市科技情报研究所袁河南安阳455000冤摘要院主轴在高速运转条件下袁主轴与刀具采用标准7院24锥孔连接存在一系列问题遥目前适应高速运转的几种具有代表性主轴与刀具连接型式主要有德国的HSK刀柄袁美国的KM刀柄尧WSU刀柄袁瑞典的CAPTO刀柄及日本的NC5刀柄尧BIG-PLUS刀柄等袁

2、这些常用的连接结构都存在各自的优缺点及适用场合遥针对各典型连接在世界范围内的应用情况袁提出了在选用时的建议遥关键词院加工中心曰高速曰主轴与刀具连接中图分类号院TG703文献标志码院A文章编号院1673-2928渊2012冤04-0013-04为了适应高速加工新工艺的需要及提高机床般很难实现袁就是能实现袁在频繁的换刀过程中袁生产率袁数控加工中心正向着高速袁高刚性发展袁过大的拉力会加速主轴内孔的磨损袁使主轴内孔一般中型机床主轴转速已达到5000耀10000rpm袁小膨胀袁影响主轴前轴承的寿命遥型机床有的甚至高达50000rpm遥在高速运转条件下袁主轴与刀具连接渊包

3、括刀具尧刀柄以及和主轴的配合等冤微小的不平衡袁都可能造成巨大的离心力袁引起机床和加工过程的急剧振动袁它不仅影响零件的加工精度和表面质量袁而且容易损坏刀具袁降低主轴轴承精度和寿命遥因此袁主轴与刀具连接的方式对于实现高速加工至关重要遥1传统刀具连接方式的局限性传统的主轴与刀具连接袁采用标准7院24锥孔连接袁由于标准7院24锥孔连接不自锁袁可实现快速装卸刀具曰装在主轴锥孔内的实心连接锥体袁可图1在高速运转中离心力使主轴锥孔扩张直接支承刀具袁减小刀具的悬伸量曰刀柄加工只需同时标准7院24锥孔连接还存在锥柄较长袁不保证锥角一个关键尺寸精度袁制造简单袁成本较利于快速换刀和

4、减小主轴尺寸曰配合面一般只要低袁使用可靠袁多年来应用非常广泛遥求前端70豫以上接触袁配合面后段有一定的间隙袁但当主轴在高速运转条件下袁采用标准7院24该间隙会引起刀具的径向圆跳动袁影响主轴部件锥孔连接袁由于离心力的作用袁锥孔会发生膨胀袁整体结构的动平衡曰传递转矩的键和键槽也存在膨胀量的大小随着旋转半径与转速的增大而增着破坏连接动平衡的问题遥因此袁从以上的分析可大袁与之配合的7院24实心刀柄则膨胀量较小袁因知袁在主轴高速运转条件下袁主轴和刀具采用标准此总的锥度连接刚度会降低袁会引起刀具及夹紧7院24锥孔连接袁存在着连接刚度低尧动平衡性能和机构质心的偏离袁在拉杆拉

5、力的作用下袁刀具的轴重复精度差等问题袁不适宜高速运转主轴的需要遥向位置也会发生改变袁如图1所示袁从而影响主轴2适合高速加工的刀具连接方式及其特点的动平衡遥对于自动换刀渊ATC冤来说袁每次自动换为解决上述问题袁最佳途径是将原来仅靠锥面刀后袁刀具的径向尺寸都可能发生变化袁存在着重连接定位袁改为锥面与端面同时接触定位袁虽然是复定位精度不稳定的问题遥要保证这种连接在高一种过定位方案袁但因其能弥补仅靠锥面定位方速下仍可靠的接触袁需要有一个很大的过盈量来案的许多不足袁现已成为高速刀具与主轴连接的抵消高速旋转时主轴锥孔端部的膨胀袁消除这样主要结构型式遥的过盈量要求拉杆产生很

6、大的拉力袁这个拉力一目前最有代表性的是德国的HSK刀柄袁美国元收稿日期院2012-03-20基金项目院2009年国家科技重大专项资助袁2009ZX04001-033遥作者简介院蒋清渊1965-冤袁男袁安阳鑫盛机床股份有限公司工程师袁主要从事机械设计与制造技术研究遥14安阳工学院学报2012年的KM刀柄尧WSU刀柄袁瑞典的CAPTO刀柄及日大学机床研究所研制遥HSK刀柄是一种新型的高本的NC5刀柄尧BIG-PLUS刀柄尧H.F.C刀柄尧速锥型刀柄袁其接口采用1院10锥面渊径向冤和端面SHOWAD-D-C刀柄尧3LOCK刀柄曰下面对目前最渊轴向冤两面同时定位的方式

7、袁刀柄为中空袁锥体长有代表性的高速主轴与刀具连接型式的结构和特度较短袁有利于实现换刀轻型化及高速化曰由于采点加以介绍遥用端面定位袁完全消除了轴向定位误差袁使高速尧2.1HSK刀柄高精度加工成为可能遥这种刀柄在高速加工中心HSK刀柄袁1987年由德国阿亨渊Aachen冤工业上应用很普遍袁其结构和工作原理如图2所示遥图2HSK刀柄结构和工作原理这种结构的优点主要有院采用锥面尧端面过定面与锥面同时接触定位曰由于锥度配合部分有较位的结合形式袁能有效地提高结合钢度曰因锥部长大的过盈量渊0.02耀0.05mm冤袁所需的加工精度比标度短和采用空心结构后质量较轻袁故自动换刀动

8、准的7院24长锥配合所需的精度低曰与其