关于HSK刀柄

关于HSK刀柄

2010-06-10 15:19:09 阅读19 评论0 字号:


 

    高速切削是一个相对概念,并且随着时代的进步而不断变化。一般认为高速切削或超高速切削的速度为普通切削加工的5~10倍。可以从不同的角度对切削速度进行划分,如从加工工艺的角度看,高速切削加工范围为:车削700~7000m/min;铣削300~6000m/min;钻削200~1100m/min;磨削150~360m/min。也可以根据被加工材料来确定高速切削的范围,如加工钢材达到380m/min以上、铸铁700m/min以上、铜材1000m/min以上

、铝材1100m/min以上。也可以根据主轴转速、功率、锥孔大小、和平衡标准来划分,如按主轴的Dn值划分,高速主轴的Dn值一般为500000~2000000;对于加工中心,可按主轴锥孔的大小来划分:50号锥-----10000~20000r/min;40号锥——20000~40000r/min;30号锥——25000~40000r/min;HSK锥——20000~40000r/min;KM锥——35000r/min以上.

    研究表明:随着切削速度的提高,切削力会降低15~30%以上,切削热量大多被切屑带走,加工表面质量可提高1~2级,生产效率的提高,可降低制造成本20%~40%。所以高速切削意义不仅仅是得到较高的表面切削质量。

       国外对高速切削技术的研究比较早,可以追溯到20世纪60年代。目前已应用于航空、航天、汽车、模具等多种工业中的钢、铸铁及其合金、

铝、镁合金、超级合金(镍基、铬基、铁基和钛基合金)及碳素纤维增强塑料等复合材料的加工,其中以加工铸铁和铝合金最为普遍。加工钢和铸铁及其合金可达到500~1500 m/min,加工铝及其合金可达到3000~4000 m/min。
    我国在高速切削领域方面的研究起步较晚,20世纪80年代才开始研究高速硬切削。刀具以高速钢、硬质合金为主,切削速度大多在100~
200 m/min,高速钢在40 m/min以内。切削水平和加工效率都比较低。近年来,虽然对高速切削技术已有比较深的认识,进口的部分数控机床和加工中心中也能达到高速切削加工的要求,但由于刀具等原因,高速切削技术应用也较少。目前主要在模具、汽车、航空、航天工业应用高速切削技术稍多,一般采用进口刀具,以加工铸铁和铝合金为主。

    高速切削技术主要分为两方面,一方面是高速切削刀具技术,包括刀具材料、刀柄和刀夹系统、刀具动平衡技术、高速切削数据库技术、检测与监控系统等;另一方面是高速数控机床技术,包括机床整机结构的静动热态特性、电主轴、直线电机进给系统、数控与伺服系统的高速及高加速度性能、轴承润滑系统、刀具冷却系统等。
     典型的刀柄结构及其特性

    一般切削最常用的是BT刀柄,而高速切削用得比较多的是HSK刀柄。
BT刀柄的锥度为7:24,转速在10,000r/min左右时,刀柄-主轴系统还不会出现明显的变形,但当主轴从10,000 r/min升高到40,000 r/min时
,由于离心力的作用,主轴系统的端部将出现较大变形,其径跳由0.2 m左右增加到2.8 m左右。刀柄与主轴锥孔间将出现明显的间隙,严重影响刀具的切削特性,因此BT刀柄一般不能用于高速切削。高速下离心力造成BT刀柄-主轴系统变形

 

    HSK刀柄锥的结构形式与常用的BT刀柄不同,它是一种新型的高速锥型刀柄,采用锥面与端面双重定位的方式,在足够大的拉紧力作用下,HSK 1:10空心工具锥柄和主轴1:10锥孔之间在整个锥面和支承平面上产生摩擦,提供封闭结构的径向定位。平面夹紧定位防止刀柄的轴向窜动。HSK短锥柄部长度短(约为标准BT锥柄长度的1/2)、重量轻,因此换刀时间短。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25,000 r/min,HSK100刀柄可达12,000r/min,精密平衡后的HSK刀柄可达40,000r/min。随着转速增加,径向刚度将有所降低.

 

  KM刀柄是1987年美国Kennametal公司与德国Widia公司联合研制的1:10短锥空心刀柄,其长度仅为标准7:24锥柄长度的1/3。由于配合锥度比较短,且刀柄设计成中空结构,在拉杆轴向拉力的作用下,短锥可径向收缩,所以有效地解决了端面与锥面同时定位而产生的干涉问题。
  KM刀柄的结构
    研究表明:与BT刀柄相比,HSK刀柄与KM刀柄具有更加优越的静刚度和动刚度,其中由于KM刀柄的拉紧力与锁紧力明显大于HSK刀柄,所以
KM刀柄的性能{zy}。它们的结构及性能比较见表1。
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

HSK高速刀柄 
 

 
        高速切削主要应用于回转刀具,要求机床主轴有较高的转速。当主轴转速超过10000r/min时,7∶24主轴锥孔的大端会扩大,使刀具发生轴向窜动,造成主轴抱死锥柄的后果,因此传统的7∶24锥柄连接已不能适应高速切削的要求。为此,德国最早开发了适用于高速切削的HSK(空心短锥柄)连接技术,是德国阿亨(Aachen)工业大学机床研究所在20世纪90年代初开发的一种双面夹紧刀柄,它是双面夹紧刀柄中{zj1}有代表性的。
        HSK刀柄已于1996年列入德国DIN标准,并于2001年12月成为国际标准ISO12164,2004年我国根据ISO标准制订了HSK刀柄和主轴接口的
国家标准(GB/T19449)。
        与传统的7∶24锥柄连接相比,HSK连接可实现锥柄和法兰端面两面同时接触,由于其刚度和重复定位精度较标准7:24锥度柄提高了几
倍至几十倍,因此在机械制造业得到了广泛的认同和采用。HSK刀柄被广泛用于铣削、钻削和车削加工中。
        HSK刀柄与主轴连接结构与工作原理这种刀柄结构的主要优点是:有效地提高刀柄与机床主轴的结合刚度。由于采用锥面、端面过定位
结合,使刀柄与主轴的有效接触面积增大,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,克服了传统的标准7:24锥度柄在高速旋转时刚度不足的弱点。有较高的重复定位精度,并且自动换刀动作快,有利于实现ATC的高速化。由于采用1:10的锥度,其锥部长度短(大约是7:24锥柄相近规格的一半)。每次换刀后刀柄与主轴的接触面积一致性好,故提高了刀柄的重复定位精度。由于采用空心结构,质量轻,便于自动换刀。具有良好的高速锁紧性。

 

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