1引言

高速加工是集材料科學(xué)、工程力學(xué)、機(jī)械動力學(xué)和制造科學(xué)于一體的高新加工技術(shù),在汽車制造、航空航天和機(jī)械加工多個(gè)行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用刹帕。高速加工工具系統(tǒng)是高速加工機(jī)床的重要組成部分,其性能直接影響到加工質(zhì)量和加工效率。因此,高速加工工具系統(tǒng)的研究與開發(fā)倍受國內(nèi)外機(jī)械工程專家和學(xué)者的關(guān)注谎替。

半個(gè)多世紀(jì)以來,傳統(tǒng)的BT(7:24錐度)工具系統(tǒng)在機(jī)械加工中發(fā)揮了重要作用偷溺。但是,在高速加工中,主軸工作轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn),在離心力作用下,主軸孔的膨脹量比實(shí)心的刀柄大,使錐柄與主軸的接觸面積減少,導(dǎo)致BT工具系統(tǒng)的徑向剛度、定位精度下降亭颈；在夾緊機(jī)構(gòu)拉力的作用下,BT刀柄的軸向位置發(fā)生變化,軸向精度下降,從而影響加工精度婚廷；機(jī)床停車時(shí),刀柄內(nèi)陷于主軸孔內(nèi)將很難拆卸叶刮。另外,由于BT工具系統(tǒng)僅使用錐面定位悠蹬、夾緊,還存在換刀重復(fù)精度低、連接剛度低搓捅、傳遞扭矩能力差跛拌、尺寸大、重量大铆性、換刀時(shí)間長等缺點(diǎn)却痴。為解決上述問題,美國、德國跨溺、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼開發(fā)出若干新型工具系統(tǒng),以滿足現(xiàn)代機(jī)械加工生產(chǎn)的要求漩判。

2國外新型工具系統(tǒng)的開發(fā)

2.1HSK工具系統(tǒng)

HSK刀柄是德國阿亨工業(yè)大學(xué)機(jī)床研究所研究開發(fā)的一種新型的高速短錐刀柄,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是空心、薄壁惩投、短錐,錐度為1:10摘沥；端面與錐面同時(shí)定位、夾緊,刀柄在主軸中的定位為過定位兄存；使用由內(nèi)向外的外漲式夾緊機(jī)構(gòu)熊镣。

HSK工具系統(tǒng)最突出的特點(diǎn)就是端面和錐面同步接觸。夾緊時(shí),由于錐部有過盈,所以錐面受壓產(chǎn)生彈性變形,同時(shí)刀柄向主軸錐孔軸向位移,以消除初始間隙,實(shí)現(xiàn)端面之間的貼合,這樣就實(shí)現(xiàn)了雙面同步夾緊募书。就其本身的定位而言,這種保證錐面和端面同時(shí)定位的方式實(shí)質(zhì)上是過定位绪囱。HSK接口的徑向精度是由錐面接觸特性決定的,這一點(diǎn)與BT錐柄一致(二者的徑向精度均可達(dá)到0.2μm)。HSK接口的軸向精度由接觸端面決定,這與BT錐柄明顯不同,中空結(jié)構(gòu)是HSK刀柄的一個(gè)重要特征。要實(shí)現(xiàn)雙面接觸,錐面必須產(chǎn)生彈性變形,與實(shí)心柄相比,空心柄產(chǎn)生彈性變形容易得多,所消耗的夾緊力也小得多,而當(dāng)主軸高速回轉(zhuǎn)時(shí),空心薄壁的徑向膨脹量與主軸內(nèi)錐孔相差不大,有利于在較大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持錐面的可靠接觸鬼吵。HSK刀柄的空心柄部還為夾緊機(jī)構(gòu)提供了安裝空間,以實(shí)現(xiàn)由內(nèi)向外的夾緊扣甲。這種夾緊方式可以把離心力轉(zhuǎn)化為夾緊力,使刀柄在高轉(zhuǎn)速下工作時(shí)夾緊更為可靠。此外,HSK刀柄的空心柄部還使內(nèi)部切削液的供應(yīng)成為可能齿椅。

HSK工具系統(tǒng)以其定位精度高,靜文捶、動態(tài)剛度高,尺寸小、重量輕媒咳、結(jié)構(gòu)緊湊,適合高速切削等優(yōu)點(diǎn),已成為高速加工中最有發(fā)展?jié)摿Φ母呒壪到y(tǒng)粹排。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織最終確定以HSK為新型工具系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn),并于2001年頒布了該項(xiàng)ISO標(biāo)準(zhǔn)(ISO12164)。

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