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常規(guī)數(shù)控車床刀具刀柄

日期：2010年01月29　來源：沈陽第一機(jī)床廠　關(guān)鍵字：數(shù)控車床
    常規(guī)數(shù)控刀具刀柄均采用7：24圓錐工具柄，并采用相應(yīng)型式的拉釘拉緊結(jié)構(gòu)。目前，在我國應(yīng)用較為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)有國際標(biāo)準(zhǔn)IS07388—1983、數(shù)控車床中國標(biāo)準(zhǔn)GBl0944—1989、日本標(biāo)準(zhǔn)MAS404—1982美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI／ASM B5．50—1985。
    1．整體式數(shù)控刀具系統(tǒng)
    整體式刀具系統(tǒng)種類繁多，基本能滿足各種加工需求。沈陽機(jī)床一廠其標(biāo)準(zhǔn)為JB／GQ5010—1983《TSG工具系統(tǒng)型式與尺寸》。TSG工具系統(tǒng)中的刀柄，其代號由4部分組成，各部分的含義例如，JT45一Q32—120表示的工具為：  自動換刀機(jī)床用7：24圓錐工具柄(GB／T10944—1989)，錐柄號45號，前部為彈簧夾頭，最大夾持直徑32mm，刀柄工作長度120mm。
    2．模塊式數(shù)控刀具系統(tǒng)
    所謂“模塊式”是將整體式刀桿分解成柄部(主柄)、中間聯(lián)接塊(連接桿)、工作部(工作頭)三個主要部分(即模塊)，然后通過各種聯(lián)接結(jié)構(gòu)，在保證刀桿聯(lián)接精度、剛性的前提下，數(shù)控車床將這三部分聯(lián)接成一整體。
    使用者可根據(jù)加工零件的尺寸、精度要求、加工程序、加工工藝，利用這三部分模塊，任意組合成鉆、銑、鏜、鉸及攻螺紋的各種工具進(jìn)行切削加工。模塊式工具刀柄克服了整體式工具刀柄功能單一、加工尺寸不易變動的不足，顯示出其經(jīng)濟(jì)、靈活、快速、可靠的特點(diǎn)。
    工作頭有彈簧夾頭、莫氏錐孔、鉆夾頭、鉸刀、立銑刀、沈陽機(jī)床一廠面銑刀、鏜刀(微調(diào)、雙刃等)等多種�？筛鶕�(jù)不同的工藝要求，選用不同功能和規(guī)格的工作頭。
    3．常規(guī)7：24錐度刀柄存在的問題
    高速加工要求確保高速下主軸與刀具的聯(lián)接狀態(tài)不發(fā)生變化。但是，傳統(tǒng)主軸的7：24前端錐孔在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，由于離心力的作用會發(fā)生膨脹，膨脹量的大小隨著旋轉(zhuǎn)半徑與轉(zhuǎn)速的增大而增大；但是與之配合的7：24實心刀柄則膨脹量較小，因此總的錐度聯(lián)接剛度會降低，在拉桿拉力的作用下，數(shù)控車床刀具的軸向位置也會發(fā)生改變。主軸錐孔的“喇叭口”狀擴(kuò)張，還會引起刀具及夾緊機(jī)構(gòu)質(zhì)心的偏離，從而影響主軸的動平衡。要保證這種聯(lián)接在高速下仍有可靠的接觸，需有一個很大的過盈量來抵消高速旋轉(zhuǎn)時主軸錐孔端部的膨脹，例如標(biāo)準(zhǔn)40號錐需初始過盈量為15—20txm，再加上消除錐度配合公差帶的過盈量(AT4級錐度公差帶達(dá)131xm)，因此這個過盈量很大。這樣大的過盈量要求拉桿產(chǎn)生很大的拉力，這樣大的拉力一般很難實現(xiàn)。就是能實現(xiàn)，對快速換刀也非常不利，同時對主軸前軸承也有不良的影響。
    高速加工對動平衡要求非常高，不僅要求主軸組件需精密動平衡(GO．4級以上)，而沈陽機(jī)床一廠且刀具及裝夾機(jī)構(gòu)也需精確動平衡。但是，傳遞轉(zhuǎn)矩的鍵和鍵槽很容易破壞這個動平衡。而且標(biāo)準(zhǔn)的7：24錐柄較長，很難實現(xiàn)全長無間隙配合，一般只要求配合面前段70％以上接觸。因此配合面后段會有一定的間隙，數(shù)控車床該間隙會引起刀具的徑向圓跳動，影響主軸部件整體結(jié)構(gòu)的動平衡。
    鍵是用來傳遞轉(zhuǎn)矩和進(jìn)行圓周方向定位的，為解決鍵及鍵槽引起的動平衡問題，最近已研究出一種新的刀／軸聯(lián)接結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)在配合處產(chǎn)生很大的摩擦力以傳遞轉(zhuǎn)矩，并用在刀柄上作標(biāo)記的方法實現(xiàn)安裝的周向定位，達(dá)到取消鍵的目的。用三棱圓來傳遞轉(zhuǎn)矩，也可以解決動平衡問題。
    主軸與刀具的聯(lián)接必須具有很高的重復(fù)安裝精度，以保持每次換刀后的精度不變。否則，即使刀具進(jìn)行了很好的動平衡也無濟(jì)于事。穩(wěn)定的重復(fù)定位精度有利于提高換刀速度和保持高的工作可靠性。沈陽機(jī)床一廠另外，主軸與刀具的聯(lián)接必須有很高的聯(lián)接剛度及精度，同時也希望對可能產(chǎn)生的振動有衰減作用等。
    標(biāo)準(zhǔn)的7：24錐度聯(lián)接有許多優(yōu)點(diǎn)：不自鎖，數(shù)控車床可實現(xiàn)快速裝卸刀具；刀柄的錐體在拉桿軸向拉力的作用下，緊緊地與主軸的內(nèi)錐面接觸，實心的錐體直接在主軸內(nèi)錐孔內(nèi)支承刀具，可以減小刀具的懸伸量；這種聯(lián)接只有一個尺寸，即錐角需加工到很高的精度，所以成本較低，而且使用可靠，多年來應(yīng)用非常廣泛。
    但是，7：24錐度聯(lián)接也有一些不足：
    1)7：24聯(lián)接錐度較大，錐柄較長，錐體表面同時要起兩個重要的作用，即刀具相對于主軸的精確定位及實現(xiàn)刀具夾緊并提供足夠的聯(lián)接剛度。由于它不能實現(xiàn)與主軸端面和內(nèi)錐面同時定位，所以標(biāo)準(zhǔn)的7：24 yJ／軸錐度聯(lián)接，在主軸端面和刀柄法蘭端面間有較大的間隙。在ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定7：24錐度配合中，主軸內(nèi)錐孔的角度偏差為“—”，刀柄錐體的角度偏差為“+”，以保證配合的前段接觸。所以它的徑向定位精度往往不夠高，數(shù)控車床在配合的后段還會產(chǎn)生間隙。如典型的AT4級(1S01947，GB／T 11334—1989)錐度規(guī)定角度的公差值為13txm，沈陽機(jī)床一廠這就意味著配合后段的最大徑向間隙高達(dá)131xm。這個徑向間隙會導(dǎo)致刀尖的跳動和破壞結(jié)構(gòu)的動平衡，還會形成以接觸前端為支點(diǎn)的不利工作情況。當(dāng)?shù)毒咚�受的彎矩超過拉桿軸向拉力產(chǎn)生的摩擦力矩時，刀具會以前段接觸區(qū)為支點(diǎn)擺動。在切削力作用下，刀具在主軸內(nèi)錐孔的這種擺動，會加速主軸錐孔前段的磨損，形成喇叭口，引起刀具軸向定位誤差。7：24錐度聯(lián)接的剛度對錐角的變化和軸向拉力的變化也很敏感。當(dāng)拉力增大4—8倍時，數(shù)控車床聯(lián)接的剛度可提高20％—50％。但是，在頻繁的換刀過程中，過大的拉力會加速主軸內(nèi)孑L的磨損，使主軸內(nèi)孔膨脹，影響主軸前軸承的壽命。
    2)在高速旋轉(zhuǎn)時  主軸端部錐孔的擴(kuò)張量大于錐柄的擴(kuò)張量。對于自動換刀(ATC)
來說，每次自動換刀后，刀具的徑向尺寸都可能發(fā)生變化，沈陽機(jī)床一廠存在著重復(fù)定位精度不穩(wěn)定的問題。由于刀柄錐部較長，也不利于快速換刀和減小主軸尺寸。

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