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加工中心常規(guī)7：24錐度刀柄存在的問題
日期：2009年12月25 來源：沈陽第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：加工中心
高速加工要求確保高速下主軸與刀具的連接狀態(tài)不發(fā)生變化。但是，傳統(tǒng)主軸的7：24前端錐孑L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，膨脹量加工中心的大小隨著旋轉(zhuǎn)半徑與轉(zhuǎn)速的增大而增大；但是與之配合的7：24實(shí),2,7J柄則膨脹量較小，因此總的錐度連接剛度會降低，在拉桿拉力的作用下，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。要保證這種連接在高速搖臂鉆床下仍有可靠的接觸，需有一個(gè)很大的過盈量來抵消高速旋轉(zhuǎn)時(shí)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15～20lxm，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)13lxm)，因此這個(gè)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(shí)現(xiàn)。就是能實(shí)加工中心現(xiàn)，對快速換刀也非常不利，同時(shí)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(凹．4級以上)，而且刀具及裝夾機(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(gè)動平衡。而且標(biāo)準(zhǔn)的7：24錐柄較長，很難實(shí)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，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，已研究出一種新的7J／軸連接結(jié)構(gòu)，實(shí)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(shí)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加工中心。
主軸與刀具的連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。
另外，主軸與刀具的連接必須有很高的連接剛度及精度，同時(shí)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錐度連接有許多加工中心優(yōu)點(diǎn)：不自鎖，可實(shí)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(shí)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；這種連接只有一個(gè)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錐度連接也有一些不足：
(1)單獨(dú)錐面定位。7：24連接錐度較大，錐柄較長，錐體表面同時(shí)要起兩個(gè)重要的作用，即刀具相對于主軸的精確定位及實(shí)現(xiàn)刀具夾緊并提供足夠的連接剛度。由于它不能實(shí)現(xiàn)與主軸端面和內(nèi)錐面同時(shí)定位，所以標(biāo)準(zhǔn)的7：24刀／軸錐度連接，在主軸端面和刀柄法蘭端面間有加工中心較大的間隙。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，在配合的后段還會產(chǎn)生間隙。如典型的AT4級(1S01947，GB／T11334—1989)錐度規(guī)定角度的公差值為131xm，這就意味著配合后段的最大徑向間隙高達(dá)131xm。這個(gè)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)的不利工況，當(dāng)?shù)毒咚艿膹澗爻^拉桿軸向拉力產(chǎn)生的摩擦力矩時(shí)，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錐度連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(shí)，加工中心連接的剛度可提高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)孔的磨損，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(shí)。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，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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