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HSK刀柄系統(tǒng)與工序集中整體制造

2010年04月07日 11:38點(diǎn)擊:1311作者:默認(rèn)來源:>>進(jìn)入該公司展臺(tái)

近10余年來,在機(jī)械加工領(lǐng)域以數(shù)控機(jī)床、加工中心、復(fù)合加工中心等組成的柔性生產(chǎn)線,已逐漸替代多軸多面加工的組合機(jī)床生產(chǎn)線。前者更適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),其產(chǎn)品滿足了快速更新?lián)Q代的需要,但高柔性與率之間存在一定的矛盾。

近10余年來,在機(jī)械加工領(lǐng)域以數(shù)控機(jī)床、加工中心、復(fù)合加工中心等組成的柔性生產(chǎn)線,已逐漸替代多軸多面加工的組合機(jī)床生產(chǎn)線。前者更適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),其產(chǎn)品滿足了快速更新?lián)Q代的需要,但高柔性與率之間存在一定的矛盾。目前柔性生產(chǎn)線的機(jī)床以單軸、順序加工為主,因此比多軸多面加工的組合機(jī)床的生產(chǎn)效率低。為了解決高柔性與率之間的矛盾,柔性生產(chǎn)線可采用以下方法:

(1)實(shí)現(xiàn)高速化、超高速化,在機(jī)床主軸速度加快的同時(shí),進(jìn)給速度也提高,使單位時(shí)間切削率接近并超過組合機(jī)床生產(chǎn)線的切削率。這種方法要求機(jī)床采用超高速電主軸,用直線電機(jī)替代長(zhǎng)機(jī)械傳動(dòng)鏈,同時(shí)使用恒溫、冷卻、防振等控制系統(tǒng)。
(2)實(shí)現(xiàn)更的工序集中。這種方法則要求加工中心多功能化,如新型復(fù)合加工中心根據(jù)需要,能夠進(jìn)行銑、鉆、鏜、車、磨、齒輪加工甚至特種加工等工藝,因此應(yīng)具有新型刀柄系統(tǒng)的高質(zhì)量、可靠、迅速更換各類刀具的特點(diǎn),在零件一次定位安裝中可加工多種表面,從而保證高精度的各表面相互位置,節(jié)省了大量運(yùn)輸、安裝、調(diào)整時(shí)間,全面提高了生產(chǎn)效率。航空航天器零件除各表面精度與相互位置精度要求高,宜更多采用一次安裝加工多個(gè)表面的工序集中法外,也常因航空航天器要求減輕零件重量的特殊要求,一方面盡量用鋁合金、鈦合金、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等輕質(zhì)材料制作,另一方面可把過去由數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)零件通過鉚接焊接起來的組合零件合并成一個(gè)帶有大量薄壁和筋板的整體零件,由實(shí)心毛坯整體制造。整體制造如果采用以往數(shù)控加工工藝,工時(shí)長(zhǎng),效率很低,若采用高速、超高速并運(yùn)用的工序集中方法來加工,就可大大提率、縮短工時(shí)。

HSK刀柄系統(tǒng)

加工中心等數(shù)控機(jī)床多年來一直采用7∶24的實(shí)心錐形刀柄,如JT、SK、BT、CAT等系統(tǒng),實(shí)心錐柄因?yàn)橹豢垮F面結(jié)合,而顯得剛性不足,在一般低速回轉(zhuǎn)時(shí)問題不大,高速回轉(zhuǎn)時(shí),外錐會(huì)因離心力張開,致使夾持松動(dòng),當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過10000r/min時(shí),會(huì)比較危險(xiǎn)而不宜使用。它只靠錐面定位,軸向定位精度不高。于是各大刀柄刀具公司陸續(xù)開發(fā)具有各自特色的既有柱面、錐面又有端面定位的兩面約束定位系統(tǒng),如德國(guó)Komet的ABS系統(tǒng),美國(guó)Kenament的KM系統(tǒng),瑞士SwissBore的錐銷系統(tǒng),日本NT公司用普通BT刀柄改造成中空結(jié)構(gòu)的AHO系統(tǒng)等,但都具有一定的局限性。

近年來, HSK系統(tǒng)成為德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn),并進(jìn)一步被定為ISO標(biāo)準(zhǔn),由于它的*優(yōu)點(diǎn),結(jié)合各類刀具,按長(zhǎng)軒、特殊構(gòu)件組成的模塊系統(tǒng)極大地提高了加工的效率與質(zhì)量。HSK系統(tǒng),夾緊時(shí)由于錐面受壓產(chǎn)生彈性變形,刀柄向主軸錐孔軸向位移過程中消除了初始軸向間隙,達(dá)到了錐面和端面同時(shí)定位,理論上講是一種過定位,但由于精密制造保證了高的相互位置精度,反而增強(qiáng)了安裝剛性。這種定位的優(yōu)點(diǎn)為:

·可適應(yīng)高速回轉(zhuǎn),當(dāng)高速回轉(zhuǎn)時(shí),錐孔由于離心力而擴(kuò)張,錐軸由于彈性變形恢復(fù),與錐孔保持精密接觸,并維持端面與錐面同時(shí)約束定位;
·重復(fù)定位精度高,可保證2μm;
·由于軸向徑向均定位,故安裝剛性高;
·拆卸簡(jiǎn)單,由于有輔助分離機(jī)構(gòu),在刀具熱膨脹時(shí)也能方便卸下;
·冷卻系統(tǒng)完備,此系統(tǒng)有中心供油和端面供油2種方式可供選擇。

中空結(jié)構(gòu)是HSK系統(tǒng)的重要特征,中空結(jié)構(gòu)尚可使夾緊機(jī)構(gòu)置于其中,夾緊機(jī)構(gòu)強(qiáng)行使帶刀具的HSK錐柄拉進(jìn)機(jī)床主軸前端HSK錐孔內(nèi),錐柄受壓,錐孔被脹 , 二者均受彈性變形,從而可使錐柄移動(dòng)端面靠緊主軸錐孔端面,實(shí)現(xiàn)錐面與端平面二面定位夾緊。HSK 系統(tǒng)錐面的錐度是1/10, 比一般的7/24 刀柄錐度小,故有利于自鎖,夾緊牢靠不易松動(dòng)。錐度小也使內(nèi)外錐間產(chǎn)生較小的位移實(shí)現(xiàn)夾緊,這樣結(jié)構(gòu)可做得短小緊湊,使換刀行程縮短、速度快。HSK系統(tǒng)錐面是過盈配合,夾緊松開過程中相互產(chǎn)生較大摩擦力,久用也會(huì)磨損,實(shí)際上1/10錐度是公稱值,按ISO標(biāo)準(zhǔn)具體規(guī)定 HSK刀柄錐度是1/9.98,主軸錐孔是1/10,這樣可適當(dāng)減少摩擦力,從而改善磨損。HSK系統(tǒng)有A、B、C、D、E、F六種型號(hào),35種規(guī)格,目前zui廣泛應(yīng)用的是HSK-A 型。加工中心的主軸前端安裝刀柄,刀柄前端裝夾刀具,為了保持整個(gè)系統(tǒng)的良好剛性,一般必須使主軸剛性大于主軸與刀柄安裝處的結(jié)合剛性,此結(jié)合剛性應(yīng)大于刀柄本體的剛性,刀柄本體剛性應(yīng)大于刀柄夾持刀具的剛性,此夾持剛性應(yīng)大于刀具自身剛性。HSK刀柄與常用BT刀柄相比(見表1)可知,HSK比BT刀柄結(jié)合力(剛性)高許多,這就意味HSK刀柄在高速加工時(shí),可以抑制振動(dòng),這對(duì)提高刀具壽命與提高加工質(zhì)量有很大的意義。結(jié)合力(剛性)提高了就意味著 HSK 刀柄懸伸長(zhǎng)度可更長(zhǎng),零件深部也可加工,HSK刀柄懸伸長(zhǎng)度比BT刀柄長(zhǎng)1.42倍時(shí)仍能達(dá)到與BT刀柄同樣的剛性。另外,這里的結(jié)合力即結(jié)合強(qiáng)度表示外力必須大于它,才能使結(jié)合松動(dòng),構(gòu)件產(chǎn)生位移與變形,即是一種剛性的體現(xiàn)。

3種HSK 刀柄應(yīng)用

1 安裝立銑刀

面銑刀、鉆頭等回轉(zhuǎn)工具的HSK刀柄系統(tǒng),以日本NT公司所制HSK刀柄系統(tǒng)為例。在HSK刀柄前可根據(jù)加工需要:用強(qiáng)力夾緊刀柄,可夾持各類立銑刀、鉆頭、鉸刀;面銑刀刀柄,可夾持面銑刀;筒夾式刀柄也可夾持立銑刀、鏜刀、鉆頭等回轉(zhuǎn)刀具;莫式錐柄型刀柄可夾持帶莫式錐度的各類刀具;側(cè)固式刀柄可夾持刀柄帶平面用側(cè)面螺釘夾緊的各類刀具;鉆夾頭刀柄可夾持較細(xì)的鉆頭;絲錐用夾頭帶有過載保護(hù)機(jī)構(gòu)可用于攻絲;液壓夾頭、熱縮夾頭可用于高精度夾持。NT 有一種“R”zero 刀柄,刀柄內(nèi)有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可使所安裝的刀具伸出端頭部振擺趨近于“0”,從而使孔加工的表面粗糙度得到改善,加工穩(wěn)定性和刀具壽命都得到提高。還可安裝周銑刀、三面刃銑刀的刀柄等,這樣,能用回轉(zhuǎn)刀具加工的各種表面均能加工。

 

帶螺紋的刀頭裝拆

2 用螺紋連接模塊化刀具的HSK刀柄

為實(shí)現(xiàn)工序集中,提高加工效率,在模具加工中一些刀具廠商開發(fā)了用螺紋連接模塊化刀具的HSK刀柄,下面以三菱公司的產(chǎn)品為例來作說明。 三菱公司目前使用的為HSK63A刀柄,其刀頭裝拆如圖1所示,其螺紋部分尺寸是M8~M16,所裝立銑刀刀頭均是多功能帶可轉(zhuǎn)位刀片的,刀頭尺寸一般為φ16~φ40。裝上可轉(zhuǎn)位刀片的立銑刀頭的精度雖不及精密的整體立銑刀,但不需重磨,轉(zhuǎn)位后可繼續(xù)加工。隨工件材料不同可更換不同材質(zhì)的刀片,不同的切削條件尚可選擇不同的斷屑槽刀片,一種刀頭能加工多種型面,當(dāng)某種型面一種刀頭不能加工時(shí),可迅速換上另一種刀頭,故能在粗加工和半精加工中提高加工效率。

3 車削加工用HSK刀具系統(tǒng)

三菱等公司開發(fā)了復(fù)合加工中心所需的各種車削刀具的HSK刀柄系統(tǒng)如圖2所示。這類套系統(tǒng)可分別用于外圓、端面、槽、螺紋、內(nèi)圓鏜削的加工,刀頭有2種形式:一種是刀尖與刀柄軸心偏置一段距離的左右手型;另一種是刀尖位置與中心一致的直頭型。還有在HSK刀柄前作出刀架結(jié)構(gòu),可夾持1~3把車刀刀桿或鏜刀刀桿,以適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)尺寸零件加工的需要。車削外徑與端面的直頭型刀柄已標(biāo)準(zhǔn)化,具有的接近性,可避免與工件干涉接近到內(nèi)部加工面。復(fù)合加工中心車削用的HSK刀柄,為了提高車削精度,在二面約束定位的 ISO12164-1∶2001HSK刀柄標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上制定了鍵配合部分的公差,由日本17家制造廠商共同開發(fā)出了ICTM標(biāo)準(zhǔn)。按照ICTM標(biāo)準(zhǔn),在牌號(hào)后可加“-W”,如HSK-A63W,表示可以在加工中心上與通用的HSK-A型刀柄互換。直頭刀柄使刀尖配置在主軸中心,使得中心高精度提高,能更穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)高精度加工。通過HSK刀柄安裝各種刀具、螺紋連接快速更換刀頭、HSK系統(tǒng)使車削刀頭與刀柄制成一體等的方法,是通過HSK刀柄的高剛性、高精度、適應(yīng)高速加工、快速更換刀頭等優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。從而,使工序集中能更地實(shí)現(xiàn),也使得柔性機(jī)床生產(chǎn)線在克服柔性與效率的矛盾的問題上大大向前跨進(jìn)了一步。


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