高速刀具與數(shù)控沖床的連接
刀柄是高速切削加工的一個(gè)關(guān)鍵部件，高速切削用的刀具，由于刀具旋轉(zhuǎn)速度很高，無論從保證加工精度方面考慮，還是從操作安全方面考慮，都對(duì)它的裝夾技術(shù)有很高的要求.傳統(tǒng)的刀柄與數(shù)控沖床主鈾的連接方式是采用7 : 24錐柄實(shí)心刀柄(BT、ISO)，這種方法由于只是靠大錐度結(jié)合，刀具與主軸的連接剛性相對(duì)較低，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過10000r/min時(shí)，由于離心力的作用，主軸7 : 24大端會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)張(圖忌的，使刀具軸向定位精度和連接剛性下降，振動(dòng)加劇，甚至發(fā)生刀柄與主軸咬合的現(xiàn)象.主軸的膨脹還會(huì)引起刀柄及央緊機(jī)構(gòu)質(zhì)心的偏離，從而影響主軸的動(dòng)平衡。要保證這種連接在高速下仍有可靠的接觸定位，需要一個(gè)很大的過盈量來抵消主軸軸端的膨脹，這樣大的過盈量需拉桿產(chǎn)生很大的預(yù)緊拉力，而拉桿產(chǎn)生這樣大的拉力一般很難，對(duì)換刀也非常不利，還會(huì)使主軸膨脹，對(duì)主軸前軸承有不良影響。分析表明，刀尖25%-50%的變形來源于7 : 24錐度連接，只有40%左右的變形源于主軸和軸承。因此，傳統(tǒng)刀具的刀柄與主軸錐孔的配合方式和配合精度，已經(jīng)不能滿足高速切削時(shí)的剛度和精度要求，因此開發(fā)新型的高速工具系統(tǒng)已成為改進(jìn)高速切削系統(tǒng)的重要組成部分。
要使刀軸連續(xù)具有良好的高速性能，最佳途徑是將原來僅靠錐面連接定位，改為錐面與端面同時(shí)接觸定位。后者雖然是一種過定位方案，但因其能彌補(bǔ)僅靠錐面定位方案的許多不足，現(xiàn)在已經(jīng)成為高速刀具與主軸連接的主要結(jié)構(gòu)形式，目前最有代表性的是德國的HSK刀柄和美國的KM刀柄。
HSK刀柄為德國亞琛工業(yè)大學(xué)開發(fā)的一種新型的高速錐型刀柄，與常用的BT刀柄不同，它采用錐面與端面雙重定位的方式(圖8-10)，通過斜模結(jié)構(gòu)推開開口套筒，使空心輛部產(chǎn)生彈性變形來實(shí)現(xiàn)徑向定位，再用高精度凸緣面來保證軸向定位和剛性，并從夾持原理上消除了離心力的副作用。HSK的軸向、徑向刀具更換重復(fù)定位精度均達(dá)到1μm， HSK短錐柄部長(zhǎng)度短(約為標(biāo)準(zhǔn)BT錐柄長(zhǎng)度的1/2)、重量輕，因此換刀時(shí)間短，有利于高速ATe及數(shù)控沖床小型化。在整個(gè)速度范圍內(nèi)， HSK錐柄比BT錐柄具有更大的動(dòng)、靜徑向剛度 和良好的切削性能。同時(shí)該刀柄的增力效果顯著，可達(dá)牽引力的3倍，適合于20000-46000r/min的超高速主軸，被譽(yù)為是"21世組的刀柄"。