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常規(guī)數(shù)控車床刀具刀柄


日期:2010年01月29 來(lái)源:沈陽(yáng)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(guó)應(yīng)用較為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS07388—1983、數(shù)控車床中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GBl0944—1989、日本標(biāo)準(zhǔn)MAS404—1982美國(guó)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(yáng)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(hào)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(dòng)換刀機(jī)床用7:24圓錐工具柄(GB/T10944—1989),錐柄號(hào)45號(hào),前部為彈簧夾頭,最大夾持直徑32mm,刀柄工作長(zhǎng)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(gè)主要部分(即模塊),然后通過(guò)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(dòng)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(yáng)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(huì)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(shí)心刀柄則膨脹量較小,因此總的錐度聯(lián)接剛度會(huì)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(huì)發(fā)生改變。主軸錐孔的“喇叭口”狀擴(kuò)張,還會(huì)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(dòng)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(gè)很大的過(guò)盈量來(lái)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(hào)錐需初始過(guò)盈量為15—20txm,再加上消除錐度配合公差帶的過(guò)盈量(AT4級(jí)錐度公差帶達(dá)131xm),因此這個(gè)過(guò)盈量很大。這樣大的過(guò)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)現(xiàn),對(duì)快速換刀也非常不利,同時(shí)對(duì)主軸前軸承也有不良的影響。
    高速加工對(duì)動(dòng)平衡要求非常高,不僅要求主軸組件需精密動(dòng)平衡(GO.4級(jí)以上),而沈陽(yáng)機(jī)床一廠且刀具及裝夾機(jī)構(gòu)也需精確動(dòng)平衡。但是,傳遞轉(zhuǎn)矩的鍵和鍵槽很容易破壞這個(gè)動(dòng)平衡。而且標(biāo)準(zhǔn)的7:24錐柄較長(zhǎng),很難實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)無(wú)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(huì)有一定的間隙,數(shù)控車床該間隙會(huì)引起刀具的徑向圓跳動(dòng),影響主軸部件整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)平衡。
    鍵是用來(lái)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(dòng)平衡問題,最近已研究出一種新的刀/軸聯(lián)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(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩,也可以解決動(dòng)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(dòng)平衡也無(wú)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(yáng)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(shí)也希望對(duì)可能產(chǎn)生的振動(dòng)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(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;這種聯(lián)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(lái)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(zhǎng),錐體表面同時(shí)要起兩個(gè)重要的作用,即刀具相對(duì)于主軸的精確定位及實(shí)現(xiàn)刀具夾緊并提供足夠的聯(lián)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 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(huì)產(chǎn)生間隙。如典型的AT4級(jí)(1S01947,GB/T 11334—1989)錐度規(guī)定角度的公差值為13txm,沈陽(yáng)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(gè)徑向間隙會(huì)導(dǎo)致刀尖的跳動(dòng)和破壞結(jié)構(gòu)的動(dòng)平衡,還會(huì)形成以接觸前端為支點(diǎn)的不利工作情況。當(dāng)?shù)毒咚艿膹澗爻^(guò)拉桿軸向拉力產(chǎn)生的摩擦力矩時(shí),刀具會(huì)以前段接觸區(qū)為支點(diǎn)擺動(dòng)。在切削力作用下,刀具在主軸內(nèi)錐孔的這種擺動(dòng),會(huì)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(duì)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),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(guò)程中,過(guò)大的拉力會(huì)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(shí)  主軸端部錐孔的擴(kuò)張量大于錐柄的擴(kuò)張量。對(duì)于自動(dòng)換刀(ATC)
來(lái)說(shuō),每次自動(dòng)換刀后,刀具的徑向尺寸都可能發(fā)生變化,沈陽(yáng)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(zhǎng),也不利于快速換刀和減小主軸尺寸。

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