高速加工工具系统夹紧机构分析

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1、万方数据72高速加工工具系统夹紧机构分析工具技术陈世平，石军重庆理工大学摘要：介绍了高速加工工具系统的三种典型夹紧机构及其夹紧力放大效果。针对HSK高速加工工具系统的结构特点，详细分析了其夹紧机构的夹紧力。关键词：高速加工；工具系统；夹紧机构中图分类号：TG506．1，THl61文献标志码：AAnalysisontheClampingMechanicsofToolSystemfor碰gllSpeedMachiningChenShiping，ShiJunAbstract：Threetypesofclampin

2、gmechanicsoftoolsystemforhighspeedmachiningareintruduced．Accordingtothechar—actefisficsofstructureofHSKtoolsystem，theclampingforceofclampingmechanicsforHSKtoolsystemisanalyzed．Keywords：highspeedmachining；toolsystem；clampingmechanics麈攘面31引言高速切"N3H工是金属切"N3H工

3、技术研究的重要方向，也是当今金属切削加工技术发展的主流。由于高速切削具有较高的金属切除率、良好的加工精度和表面质量等特点，目前已在飞机、汽车、模具等工业制造领域得到广泛应用，并取得了较好的经济效益。高速切削刀具技术是高速切"N3H工的一个关键技术，它包括高速切削刀具材料、工具系统、刀具监测技术等。高速加工工具系统，由于旋转速度高，从保证加工精度、操作安全方面考虑，对装夹技术要求很高。因此，开发新型的刀柄及其夹紧机构十分必要。2高速加工工具系统中的典型夹紧机构高速加工工具系统一般都采用锥面(径向)和法兰端面(

4、轴向)双面定位，实现与主轴的刚性连接。为充分发挥工具系统的性能，必须设计一个高效夹紧机构，通过此夹紧机构提供足够大的夹紧力，以保证刀柄锥面与主轴锥孔以及刀柄端面与主轴端面的可靠接触。因此，高速加工工具系统中一般使用外胀式夹紧机构，主要有三种形式。图1a为短滑块斜楔夹紧机构，是外胀式夹紧机构的基本形式；图1b为球面斜楔夹紧机构，美国的KM刀柄采用了这种夹紧机构；图1c为悬挂式夹爪斜楔夹紧机构，德国的HSK刀柄采用了这种夹紧机构。收稿日期：2009年5月摩擦面3(b)(e)图1高速工具系统的3种典型夹紧机构三种

5、夹紧机构分别利用了短滑块、圆球和悬挂式夹爪进行夹紧力的传递、放大，其夹紧力的传递过万方数据2010年第44卷No_2程为一一区巫一藤一、l短滑块(球、悬l、l摩擦面3(相当另一个l、l空心短锥lI挂式夹爪)p角斜面增力机构)f刀柄图2为不同的夹紧机构、不同结构参数、不同摩擦条件下轴向夹紧力放大效果比较图。从图中的曲线变化趋势可得到以下结论：f

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12、＼＼《2D．1＼’忒、每、‘＼．。＼．彳(1=．1Z＼、＼--、≥∑，-一、、、～。∥jU．2l图2夹紧机构轴向拉紧力放大效果比较(1)在三种典型夹紧机构中，当其他条件相同时，夹紧力放大效果图2a最差，图2b次之，图2c最好。原因是图2a虽与图2b结构相同，但图2a采用73滑动摩擦，摩擦系数大，摩擦损

13、失大，而图2c减少了一个摩擦面，夹紧力放大效果明显。(2)减小两个斜表面的楔角，可以显著提高夹紧力放大效果，但楔角的减小将导致夹紧行程的增加。对于拉杆上的楔角d，由于结构上允许较大的行程，因此角d可以取得小些，一般取d=100一150为宜。对于与刀柄内表面相接触的斜面，由于受刀柄内部空问的限制，允许的夹紧行程较小，该楔角p不能太小，一般取p=250一350为宜。(3)改善斜楔表面的摩擦条件，即减小斜楔表面的摩擦系数，可以显著提高夹紧力放大效果。3HSK工具系统夹紧机构3．1HSK工具系统工作原理图3为HSK

14、工具系统的工作原理示意图。HSK刀柄由锥面(径向)和法兰端面(轴向)双面定位，实现与主轴的刚性连接。当刀柄在机床主轴上安装时，空心短锥柄与主轴锥孔能完全接触，能起到较好定心作用。此时，HSK刀柄法兰盘与主轴端面之问还存在约0．1mm的问隙。在夹紧机构作用下，拉杆的向左移动使其前端的锥面将弹性夹爪径向胀开，同时夹爪的外锥面作用在空心短锥柄内孔的30。锥面上，使空心短锥柄产生弹性变形。这一方面使刀柄外锥面紧紧贴合在主