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高速加工用双面接触和三面接触刀柄系统的研究

2008-05-28    

    在高速加工中,一种用于机床主轴与刀具联接的新接口——双面和三面接触的7:24锥度刀柄在日本得到应用。

    双面接触7:24刀柄,是指在工作时,刀柄的法兰端面与主轴端面、刀柄的7:24锥体与主轴锥孔同时接触。一般来讲,双面接触完全是靠控制主轴孔和锥柄的制造精度来保证的。三面接触刀柄则是把7:24圆锥与主轴锥孔的接触又细分为两个部位的接触——锥体的大径部分、锥体的小径部分分别与主轴孔接触。这样,再加上刀柄法兰端面与主轴端面的接触,称为三面接触刀柄。它是靠柄部上安装的锥形开口膨胀套来达到的。

    与传统使用的7:24锥柄相比,实现这种同时接触,无论是对锥柄还是对主轴端部都提出了更严格的要求。使用传统的7:24锥柄时,法兰端面与主轴端面之间有一定的间隙。要消除这个间隙实现端面接触,必须保证:①机床制造厂把主轴前端面向前延伸(40号延伸约1毫米,50号延伸约2毫米)——可以通过专门设计制造主轴或对传统主轴进行翻修来达到。②刀柄制造厂把传统刀柄的法兰侧面向主轴方向延伸(40号延伸约1毫米,50号延伸约2毫米),而且有着更为严格的形位公差要求。

    双面接触刀柄的工具有很多优点,最显著的优点就是增加了由于法兰面与主轴接触带来的高刚性、高稳定性,从而提高了刀具寿命。同时允许机床工作时加大进给量,以提高加工效率。使用双面接触刀柄有利于高速加工(HSM),典型的HSM应用包括:精密模具加工和医疗、宇航零件生产。主轴转速可高达20000rpm或更高。在这个转速下,如果使用传统的7:24锥柄,由于离心力的作用,主轴产生微小的膨胀,刀柄会在拉紧力作用下跟进、嵌入主轴孔,造成卸刀困难。随着双面接触CAT型式刀柄的研发,就避免了刀具跟进嵌入的缺点。高速机床使用这种刀柄可实现空心锥柄HSK的使用效果,能显著地提高生产率,特别是在用直径很大的重型刀具加工特长零件的情况下。从成本的观点看,双面接触不一定比原来标准的CAT刀柄贵,但是用户得到了更大的灵活性,在经过改进以后的主轴上,原来标准的CAT刀柄,仍然可以使用,只是端面不接触而已。

    三面接触刀柄的结构保证了它在主轴高速旋转时,效果特别好。当离心力引起主轴扩张时,锥体根部的碟形弹簧,压着开口的锥套成比例地膨胀,紧贴主轴孔。这个膨胀套的作用就像一个振动衰减装置,从而平均延长刀具寿命3~5倍,并且在加工铝合金、工具钢及其它合金时,工件表面质量得到提高。三面接触7:24刀柄,在卧式加工中心上加工深孔取得了很好的效果。因为刀柄上的“浮动”开口锥套,能使Z轴偏斜减至最小,从而保证了同轴度。据介绍,这种刀柄无须特殊保养,它的膨胀套可耐100万次的刀具更换。

    由于它有一个开口的锥形膨胀套,能使刀具柄部与机床主轴之间保持圆锥大径、圆锥小径和法兰端面的全面接触。

    这种三面接触7:24刀柄实现了刀柄与主轴的全面接触,达到了消除振动的目的,适应了当今高速、高精度加工需要。

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