圖1 Big-plus系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)7：24連接比較 |
切削加工的精度和效率不斷提高番恭，現(xiàn)有的7:24錐柄作為機(jī)床主軸與刀具連接的方式已經(jīng)不能滿足新的加工要求圾篱，其主要問題是連接剛性不夠，以及在高的轉(zhuǎn)速下冷吏，由于主軸錐孔的擴(kuò)張节拷，降低了重復(fù)定位精度和換刀精度。
HSK空心柄實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主軸與刀具在錐面接觸的同時(shí)還增加了在端面的接觸些惑，避免了刀具在高速下的軸向串動啦掸，并保證了重復(fù)定位精度。盡管HSK比7:24錐柄有這些優(yōu)點(diǎn)鲸锻，但帶有7:24錐孔的新機(jī)床仍然在生產(chǎn)銷售匀象，其原因何在?
錐柄和端面同時(shí)接觸的7:24錐柄
在采購新機(jī)床時(shí)，用戶考慮的不僅是效率而首先是價(jià)格和應(yīng)用之間的關(guān)系鸡捉。在采用一種新的刀柄時(shí)祟放，所有的刀具甚至備份都必須配上新的HSK 或7:24錐柄澳踱，這需要一筆大的費(fèi)用。此外衡喧，從技術(shù)上分析癣彩，HSK刀柄還有形狀和尺寸過多的弊端，反映出該刀柄是對多方面意見妥協(xié)的結(jié)果帚屉；尤其不足的是實(shí)際的錐柄尺寸比標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)法蘭直徑所定的名義尺寸小谜诫，降低了刀柄的強(qiáng)度，這會增加刀具振動的可能性攻旦，尤其是長的刀具喻旷；HSK刀柄不適用于作為工具系統(tǒng)的接柄，如用于銑刀的夾頭時(shí)明顯地增加了刀具系統(tǒng)的長度牢屋，削弱了系統(tǒng)的剛性且预。
針對HSK刀柄的不足，日本BLG-Daishowa Seiki公司成功地開發(fā)了一種稱為"Bigplus"的機(jī)床主軸與刀具的接口烙无，實(shí)現(xiàn)了刀具裝夾的最佳化锋谐。該系統(tǒng)仍采用7:24錐柄，因此可與現(xiàn)有的 7:24刀柄完全兼容截酷，不會增加額外的刀具成本涮拗。由于它同樣實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主軸與刀柄之間的錐面和端面的同時(shí)接觸，從而滿足了機(jī)床-刀具接口對穩(wěn)定性和精度的要求迂苛。
現(xiàn)有的7:24連接在主軸端面與刀具法蘭之間存在一個間隙三热，只有錐面接觸。而"Big-plus"系統(tǒng)則把這個間隙量分配給主軸和刀柄各一半甘虑，分別加長主軸和刀柄法蘭的尺寸(圖1)澈嘱，開發(fā)了配套的"Big-plus"加長主軸和加厚了法蘭的"Big-plus"刀柄。
Big-plus刀柄數(shù)倍地提高了連接的剛性
由于這種刀柄的錐柄部分仍是一個標(biāo)準(zhǔn)的7:24錐柄匪笨，與標(biāo)準(zhǔn)刀具完全兼容伊了，即"Big-plus"刀柄可以裝在現(xiàn)有的機(jī)床主軸上使用 (圖2上的B連接)，同樣喝灌，現(xiàn)有的7:24錐柄刀具可以裝在"Bigplus"的主軸上使用(圖2上的C連接)。要實(shí)現(xiàn)主軸端面與刀具法蘭的同時(shí)接觸奠钾，則必須同時(shí)采用"Big-plus"的主軸和刀柄(圖2上的A連接)嘉栽。
新系統(tǒng)的主要特征是，當(dāng)?shù)毒呃霗C(jī)床主軸時(shí)引起主軸錐孔的彈性擴(kuò)張浮两。裝刀時(shí)损螃，刀具送入主軸以后在主軸端面與刀柄法蘭之間留有約0.02mm的間隙，當(dāng)?shù)侗煌耆霑r(shí)俩食，主軸端口彈性擴(kuò)張筹聂，實(shí)現(xiàn)錐面與端面的同時(shí)接觸(圖3)暖悦。
為了確保錐面與端面的同時(shí)接觸，"Big-plus"系統(tǒng)的主軸和刀柄必須精確制作节芥，以保證在刀柄拉入時(shí)伴隨主軸的擴(kuò)張實(shí)現(xiàn)刀具的軸向移動并使端面接觸所需要的尺寸精度在刺。為此需要有三個量規(guī)來控制主軸錐孔的制造尺寸(圖4)：一個是校對環(huán)規(guī)，規(guī)定了主軸錐面定位時(shí)端面的尺寸增量H头镊；另一個是帶表塞規(guī)蚣驼，它把校對環(huán)規(guī)的H尺寸傳遞給主軸；第三個是帶表的輔助錐規(guī)相艇，它用作測量刀柄拉入時(shí)由于主軸擴(kuò)張所對應(yīng)的刀柄軸向位移量颖杏。
圖2 Big-plus系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)的互換性 |
圖3 實(shí)現(xiàn)兩面接觸的原理 |
圖4 控制尺寸精度的量規(guī)
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拉緊刀柄時(shí)，主軸的擴(kuò)張量與主軸的設(shè)計(jì)和拉緊力有關(guān)坛芽。主軸錐面定位時(shí)留储，其端面位置尺寸允差越窄，則主軸擴(kuò)張量越小咙轩。與標(biāo)準(zhǔn)的7:24錐柄比較获讳，"Big-plus"錐柄對彎矩的承載能力因一個明顯加大的支撐直徑而提高，從而顯著地提高了裝夾穩(wěn)定性臭墨。在標(biāo)準(zhǔn)的7:24錐柄上彎矩的支撐直徑是錐柄上的公稱直徑赔嚎，而"Big-plus"刀柄的支撐直徑是法蘭的外徑，根據(jù)圓載面的慣性矩公式乐肿，刀桿的撓度與直徑的4次方成反比珠技，由此得出，"Big -plus"比標(biāo)準(zhǔn)7:24刀柄承受彎矩的能力软雹，對于SK40號刀柄提高了3.5倍嘲本，對于SK50號刀柄則提高了3.9倍。
"Big-plus"刀柄裝夾的穩(wěn)定性可以與HSK刀相媲美丙煞。但HSK的錐柄比 7:24錐柄短灌饵，因此換刀行程短、速度快钢陨，這是有利的一面粹龄；然而短錐柄也有不利的一面，尤其是HSK A型刀柄材圈，其傳動鍵與主軸錐孔是一個整體插驾，由于制造技術(shù)上的原因，處于鍵這一段的錐面很難精確制造三稿，使刀柄的有效錐面要短于名義的錐面篇裁。在使用長刀具或徑向力大的刀具時(shí)，短錐柄就成為一個缺點(diǎn)赡若。根據(jù)杠桿定律达布，產(chǎn)生在刀具參考直徑處的切削力F1作用在刀柄的法蘭處(圖5)团甲，那里起一個回轉(zhuǎn)中心的作用，力再從該點(diǎn)傳遞到錐柄的最后端支承點(diǎn)上黍聂，產(chǎn)生F2力躺苦。錐柄越短則在那里產(chǎn)生的F2力越大，其軸向分力Fp也越大分冈，這是一個向外推刀柄的力圾另，一個人的推力對刀柄裝夾的穩(wěn)定性會產(chǎn)生不利的影響。
新系統(tǒng)在實(shí)踐中得到認(rèn)可
"Big-plus"系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)推動了"Big-plus"機(jī)床主軸和刀具系統(tǒng)的推廣應(yīng)用雕沉，例如所有日本著名的機(jī)床制造商都擁有 "Big-plus"的許可證集乔，它們中已有許多公司把這種主軸作為它們機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)配置。在歐洲坡椒，這個系統(tǒng)同樣得到了認(rèn)可扰路，那里的一些著名的機(jī)床制造商也希望獲得許可證，將有越來越多的機(jī)床裝備這種主軸倔叼。
在刀具制造商方面聘银，一家最大的瑞典刀具制造商已經(jīng)認(rèn)可了這個系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，表示該公司的刀具也用"Big-plus"的設(shè)計(jì)胖移。一家較大的德國刀具制造商已購買了許可證替独。
瑞士的Heinz kaiset公司由于與該系統(tǒng)的日本制造商多年的合作，在幾年前決定成為"Big-plus"刀具在瑞士的總代理鞠撑，并應(yīng)用在Kaiser公司的生產(chǎn)中衬蚤，實(shí)踐結(jié)果使Kaiser公司也購買了許可證，用于制造Kaiser模塊化工具系統(tǒng)还幅。
"Big-plus"系統(tǒng)在應(yīng)用中顯示了很好的效果砌纸。在高的切削參數(shù)下，比現(xiàn)有的刀柄更可靠挠氛，并提高加工效率民议。刀柄的跳動減少，重復(fù)換刀精度提高淡榕，用于延長刀具的壽命迂腔、提高加工質(zhì)量和加工的安全性。由于實(shí)現(xiàn)了錐面與端面的同時(shí)接觸允悦，避免了高速旋轉(zhuǎn)時(shí)主軸擴(kuò)張所引起的刀具軸向串動膝擂，因此在高速切削領(lǐng)域可實(shí)現(xiàn)很高的加工精度。
日本工具系統(tǒng)獲德國專利
日本大昭和精機(jī)公司開發(fā)的兩面夾緊式工具系統(tǒng)“Big Plus”已獲得德國專利澡屡。Big Plus工具系統(tǒng)于1992年開發(fā)成功，迄今已達(dá)10年咐旧，專利從2002年9月7日起生效驶鹉。在HSK工具系統(tǒng)占主導(dǎo)地位的歐洲市場绩蜻，Big Plus工具系統(tǒng)能獲得德國專利是非常不容易的。Big Plus工具系統(tǒng)的特點(diǎn)是夾持剛性高室埋，可進(jìn)行高速办绝、高精度切削加工。迄今姚淆，大昭和精機(jī)公司已向世界各地銷售出25萬件這種產(chǎn)品孕蝉，該工具系統(tǒng)已被瑞士廠家正式采用。此外腌逢，大昭和精機(jī)公司還向歐洲工具制造廠提供該工具系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)降淮。
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