高速刀具与数控冲床的连接

高速刀具与数控冲床的连接
刀柄是高速切削加工的一个关键部件，高速切削用的刀具，由于刀具旋转速度很高，无论从保证加工精度方面考虑，还是从操作安全方面考虑，都对它的装夹技术有很高的要求.传统的刀柄与数控冲床主铀的连接方式是采用7 : 24锥柄实心刀柄(BT、ISO)，这种方法由于只是靠大锥度结合，刀具与主轴的连接刚性相对较低，当主轴转速超过10000r/min时，由于离心力的作用，主轴7 : 24大端会产生扩张(图忌的，使刀具轴向定位精度和连接刚性下降，振动加剧，甚至发生刀柄与主轴咬合的现象.主轴的膨胀还会引起刀柄及央紧机构质心的偏离，从而影响主轴的动平衡。要保证这种连接在高速下仍有可靠的接触定位，需要一个很大的过盈量来抵消主轴轴端的膨胀，这样大的过盈量需拉杆产生很大的预紧拉力，而拉杆产生这样大的拉力一般很难，对换刀也非常不利，还会使主轴膨胀，对主轴前轴承有不良影响。分析表明，刀尖25%-50%的变形来源于7 : 24锥度连接，只有40%左右的变形源于主轴和轴承。因此，传统刀具的刀柄与主轴锥孔的配合方式和配合精度，已经不能满足高速切削时的刚度和精度要求，因此开发新型的高速工具系统已成为改进高速切削系统的重要组成部分。
要使刀轴连续具有良好的高速性能，最佳途径是将原来仅靠锥面连接定位，改为锥面与端面同时接触定位。后者虽然是一种过定位方案，但因其能弥补仅靠锥面定位方案的许多不足，现在已经成为高速刀具与主轴连接的主要结构形式，目前最有代表性的是德国的HSK刀柄和美国的KM刀柄。
HSK刀柄为德国亚琛工业大学开发的一种新型的高速锥型刀柄，与常用的BT刀柄不同，它采用锥面与端面双重定位的方式(图8-10)，通过斜模结构推开开口套筒，使空心辆部产生弹性变形来实现径向定位，再用高精度凸缘面来保证轴向定位和刚性，并从夹持原理上消除了离心力的副作用。HSK的轴向、径向刀具更换重复定位精度均达到1μm， HSK短锥柄部长度短(约为标准BT锥柄长度的1/2)、重量轻，因此换刀时间短，有利于高速ATe及数控冲床小型化。在整个速度范围内， HSK锥柄比BT锥柄具有更大的动、静径向刚度 和良好的切削性能。同时该刀柄的增力效果显著，可达牵引力的3倍，适合于20000-46000r/min的超高速主轴，被誉为是"21世组的刀柄"。