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HSK高速刀柄

2021-12-25 02:14:28

刀具系统可以高速切割,应满足以下基本条件:

1.高精度系统包括系统定位夹紧精度和刀具重复定位精度,前者是指刀具与刀柄、刀柄与机床主轴的连接精度;后者是指每次换刀后刀具系统精度的一致性。刀具系统具有较高的系统,以确保高速加工条件下刀具的静态和动态刚度是影响加工精度和切削性能的重要因素。刀具系统刚度不足会导致刀具系统振动,从而降低加工精度,加剧刀具的磨损寿命。

在加工条件下,小质量的不平衡会造成巨大的离心力,导致加工过程中机床的急剧振动。因此,高速刀具系统的动态平衡非常重要。SK刀柄是一种新型的高速锥形刀柄,其接口采用锥面和端面同时定位的方式。刀柄为空心,锥体长度短,有利于轻型和高速换刀。由于采用表面定位,轴向定位误差完全消除,使高速、高精度成为可能。

(1) HSK刀柄的工作原理和性能特点这种结构的优点主要包括:

1)采用锥面和端面过定位的组合形式,可以有效提高组合刚度。

2)由于锥体长度短,采用空心结构后质量轻,自动换刀动作快,车床可以缩短移动时间,加快刀具移动速度,有利于ATC的高速化。

3)与7:24相比,锥体短,楔形效果好,加工中心抗扭能力强,能振动引起的微量位移。

4)重复安装精度高。

5)刀柄与主轴之间由扩张爪锁定。转速越高,扩张爪的离心力(扩张力)越大,锁紧力越大。因此,这种刀柄具有良好的高速性能,即在高速旋转产生的离心力作用下,车床刀柄可以牢牢锁定。

(2)这种结构也有缺点:

1)与现有主轴端面及刀柄不兼容。

2)由于过定位安装,必须严格控制锥面基准线和法兰端面的轴向位置精度,因此相应的主轴还必须控制这种轴向精度,使得制造工艺上有一定的困难。

3)刀柄是中空状态,夹具的结构应设在外,可增大整个工具的悬伸长度,车床对刀具刚性有影响。

4)在维护方面, HSK刀柄锥度较小,其加工中心锥柄接近直柄,加上锥面、法兰端面要求同时接触,使得刀柄的修复重磨非常困难,经济性欠佳。

5)刀柄的价格是普通标准7:24刀的1.5-2倍。

6)锥形配合的过盈量较小(为 KM结构的1/5—1/2),资料分析表明, HSK刀柄以 DIN公差为8000~20000 r?min运行时,主轴锥孔离心扩张将产生径向间隙。

7)转速比 KM刀柄低,而且 HSK法兰也是定位面,一旦加工中心被污染,会影响定位精度,因此在使用 HSK刀柄时一定要加清洁措施。

(3) HSK刀柄的主要类型及特性按 DIN规范, HSK刀柄可分为六种车床类型。A、 B为自动换刀刀柄; C、 D为手动换刀刀柄; E、 F为无键连接、对称结构,适合超高速刀柄。

 

高速切削主要用于旋转刀具,要求机床主轴转速高。当主轴转速超过1万r/min时,7:24主轴锥孔的大端会扩大,导致刀具轴向移动,导致主轴锁定锥柄。因此,传统的7:24锥柄连接已经不能满足高速切削的要求。为此,德国开发了适合高速切削的HSK(空心短锥柄)连接技术,是20世纪90年代初德国阿亨(Aachen)工业大学机床研究所开发的一种双面夹紧刀柄,是双面夹紧刀柄中具代表性的。HSK刀柄于1996年纳入德国DIN标准,2001年12月成为标准ISO12164。2004年,中国根据ISO标准制定了HSK刀柄和主轴接口的国家标准(GB/T1949)。

与传统的7∶24锥柄连接相比,HSK连接可以同时接触锥柄和法兰端面。由于其刚度和重复定位精度比标准的7:24锥柄高出几倍至几十倍,因此在机械制造业得到了广泛的认可和应用。HSK刀柄广泛应用于铣削、钻削和车削。

HSK刀柄与主轴的连接结构和工作原理这种刀柄结构的主要优点是:有效提高刀柄与机床主轴的结合刚度。由于锥面和端面的过度定位组合,增加了刀柄与主轴的有效接触面积,并从径向和轴向进行双面定位,大大提高了刀柄与主轴的结合刚度,克服了传统标准7:24锥柄高速旋转时刚度不足的弱点。重复定位精度高,自动换刀动作快,有利于ATC的高速化。由于锥度为1:10,锥长短(约为7:24锥柄规格的一半)。每次换刀后,刀柄与主轴的接触面积一致性好,提高了刀柄的重复定位精度。由于空心结构,重量轻,便于自动换刀。高速锁定性好。

在一般的 BT刀柄上, BT刀柄通常使用的是 HSK刀柄,而高速切削应用较多。BT刀柄的锥度为7:24,转速约为10,000 r/min时,刀轴-主轴系统没有明显的变形,但当主轴从10,000 r/min升至40,000 r/min时,由于离心力的作用,主轴系统的端部分将发生较大变形,径跳由0.2 m左右增加到2.8 m左右。在高速下,刀柄和主轴锥孔之间会产生明显的间隙,严重影响刀具的切削性能,在高速下离心力会引起 BT刀柄-主轴系统的变形,所以 BT刀柄在高速切削时不能使用。

HSK刀柄锥的结构形式不同于常用的BT刀柄。它是一种新型的高速锥形刀柄,采用锥面和端面的双重定位,在足够的张紧力下,HSK刀柄与10个大型空心工具锥1:10锥孔之间摩擦整个锥面和支撑平面,提供封闭结构的径向定位。平面夹紧定位防止刀柄轴向移动。HSK短锥柄长度短(约为标准BT锥柄长度的1/2),重量轻,换刀时间短。在整个速度范围内,HSK锥柄比BT(7:24)具有更大的动静径向刚度和良好的切削性能。国内采用DIN6989b-1中的A型和C型标准,如HSK50A、HSK63A、HSK100A等。HSK50和HSK63刀柄的主轴转速可达25,00r/min,HSK100r/min,平衡后HSK刀柄可达4万r/min。随着转速的增加,径向刚度将降低

KM刀柄的结构KM刀柄是美国Kennametal公司和德国Widia公司于1987年联合开发的1:10短锥空心刀柄,其长度仅为标准7:24锥柄长度的1/3。由于锥度短,刀柄设计为空心结构,短锥在拉杆轴向拉力的作用下可以径向收缩,有效解决了端面与锥面同时定位造成的干扰问题。研究表明,HSK刀柄和KM刀柄的静刚度和动刚度优于BT刀柄,其中KM刀柄的性能好,因为KM刀柄的拉紧力和锁紧力明显大于HSK刀柄。其结构和性能见下表:

刀柄型号               BT40               HSK-63B               KM6350
柄部结构特征      7:24实心            1:10空心              1:10空心
结合及定位部位      锥面              锥面+端面             锥面+端面
传力结构 弹性套筒 弹性套筒 钢球
拉紧力/kN              12.1                  3.5                    11.2
锁紧力/kN              12.1                  10.5                  33.5
过盈量/μm              ----                   3~10                 10-25

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弹簧夹头刀柄

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