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新式东西体系的研讨与开发
发布时间:2018-05-22 点击: 次   编辑:admin

  

 

  

   1 导言

高速加工是集材料科学、工程力学、机械动力学和制作科学于一体的高新加工技能,在轿车制作、航空航天和机械加工多个职业得到了越来越广泛的运用。高速加工东西体系是高速加工机床的重要组成部分,其功用直接影响到加工质量和加工功率。新式井下安全勘探配备面世,因而,高速加工东西体系的研讨与开发倍受国内外机械工程专家和学者的重视。
半个多世纪以来,传统的BT(7:24锥度)东西体系在机械加工中发挥了重要效果。可是,在高速加工中,主轴作业转速到达每分钟数万转,在离心力效果下,主轴孔的胀大量比实心的刀柄大,使锥柄与主轴的触摸面积削减,导致BT东西体系的径向刚度、定位精度下降;在夹紧安排拉力的效果下,BT刀柄的轴向方位发生变化,轴向精度下降,然后影响加工精度;机床泊车时,刀柄内陷于主轴孔内将很难拆开。别的,因为BT东西体系仅运用锥面定位、夹紧,还存在换刀重复精度低、衔接刚度低、传递扭矩才能差、尺度大、重量大、换刀时间长等缺陷。为处理上述问题,美国、德国、日本等工业发达国家相继开宣布若干新式东西体系,以满意现代机械加工出产的要求。的研讨与开发

2 国外新式东西体系的开发

2.1 HSK东西体系
HSK刀柄是德国阿亨工业大学机床研讨所研讨开发的一种新式的高速短锥刀柄,其结构特色是空心、薄壁、短锥,锥度为1:10;端面与锥面一起定位、夹紧,刀柄在主轴中的定位为过定位;运用由内向外的外涨式夹紧安排。
HSK东西体系最杰出的特色就是端面和锥面同步触摸。夹紧时,因为锥部有过盈,所以锥面受压发生弹性变形,一起刀柄向主轴锥孔轴向位移,以消除初始空隙,完成端面之间的贴合,这样就完成了双面同步夹紧。就其自身的定位而言,这种确保锥面和端面一起定位的办法实质上是过定位。HSK接口的径向精度是由锥面触摸特性决议的,这一点与BT锥柄一起(二者的径向精度均可到达0.2μm)。HSK接口的轴向精度由触摸端面决议,这与BT锥柄显着不同,中空结构是HSK刀柄的一个重要特征。要完成双面触摸,锥面有必要发生弹性变形,与实心柄比较,空心柄发生弹性变形简略得多,所耗费的夹紧力也小得多,而当主轴高速反转时,空心薄壁的径向胀大量与主轴内锥孔相差不大,有利于在较大转速范围内坚持锥面的牢靠触摸。HSK刀柄的空心柄部还为夹紧安排供给了设备空间,以完成由内向外的夹紧。这种夹紧办法能够把离心力转化为夹紧力,使刀柄在高转速下作业时夹紧更为牢靠。此外,HSK刀柄的空心柄部还使内部切削液的供给成为可能。
HSK东西体系以其定位精度高,静、动态刚度高,尺度小、重量轻、结构紧凑,太阳能电池产能面对过剩,合适高速切削等长处,已成为高速加工中最有发展潜力的高档体系。世界规范化安排终究断定以HSK为新式东西体系的世界规范,并于2001年公布了该项ISO规范(ISO12164)。
2.2 KM东西体系
KM东西体系是美国Kennametal公司及德国Widia公司联合研发的,其根本形状与HSK很相似,也是选用了1:10的空心短锥合作和双面定位办法。首要的不同在于夹紧安排不同,KM刀柄是运用钢球斜面锁紧,夹紧时钢球沿拉杆凹槽的斜面被推出,卡在刀柄上的锁紧孔斜面上,新式东西体系将刀柄向主轴孔拉紧,刀柄发生弹性变形使刀柄端面与主轴端面贴紧。

  KM东西体系具有高刚度、高精度、快速装夹和保护简略等长处。实验证明KM刀柄的动刚度比HSK体系更高,不过因为KM刀柄锥面上开有对称的两个供夹紧用的圆弧凹槽,需求非常大的夹紧力才干正常作业。
2.3 NC5东西体系
NC5东西体系是日本株式会社日研作业所开发的,选用1:10锥度双面定位结构。锥柄选用实心结构,使其抗高频颤振才能优于空心短锥结构。其定位原理与HSK、KM相同,不同的是把1:10锥柄分成了锥套和锥柄两部分,锥套端面有碟型绷簧,具有缓冲抑振效果。经过锥套的微量位移,能够有用吸收锥部基准圆的微量轴向方位差错,以便平缓刀柄的制作难度。绷簧的预压效果还能衰减切削时的微量振荡,有益于进步刀具的耐用度。当高速旋转的离心力导致锥孔扩张时,绷簧会使轴套发生轴向位移,补偿径向空隙,确保径向精度,因为刀柄本体并未发生轴向移动,因而又能确保东西体系的轴向精度。
2.4 Big-plus东西体系
Big-plus东西体系是日本大昭和精机公司开发的改进型7:24锥柄东西体系。该体系与现有的7:24锥柄彻底兼容,它将主轴端面与刀具法兰间的空隙量分配给主轴和刀柄各一半,别离加长主轴和加厚刀柄法兰的尺度,完成主轴端面与刀具法兰的一起触摸。装入刀柄时随同主轴孔的扩张使刀具轴向移动到达端面触摸。
与BT锥柄比较,Big-plus锥柄对弯矩的承载才能因有一个加大的支撑直径而进步,然后增加了装夹安稳性。新式“纳米棒”让二氧化碳变身高效,Big-plus东西体系的夹持刚性高,因而在高速加工中可削减刀柄的跳动,进步重复换刀精度。

3 国内新式东西体系的研讨

我国在新式东西体系的研讨方面起步较晚,对东西体系进行实质性剖析研讨的效果较少。其间成都东西研讨所的梁彦学高工、张铁铭高工、赵柄祯高工在引入HSK东西体系规范、探究制作工艺及动平衡方面作了许多作业。成都东西研讨所“九五”期间承当了国家重点科技攻关专题“数控机床东西体系工程化技能的开发研讨”,首要效果是引入了HSK刀柄的制作规范,开发了相应的加工工艺,并据此制作出了HSK刀柄及部分检测设备,填补了国内空白。
在此根底上,成都东西研讨所和江苏大学等单位一起承当的国家“十五”科技攻关课题“高速加工东西体系的开发与运用”,运用有限元法对高速状态下HSK东西体系的特性进行了仿真剖析、建立了力学模型和专家知识库,为把握其结构动态、静态特性、作业机理供给了科学理沦辅导和根据;建立了HSK东西体系柄的规范图库及HSK东西体系产品图库,拟定了HSK东西体系的制作技能规范;完成了HSK东西体系规范技能的研讨作业,拟定了HSK东西体系国家规范,为我国HSK东西体系的产业化、推广运用并进人世界市场打下了杰出的根底。
江苏大学对HSK刀柄的结构进行优化,提出磨损后的HSK刀柄的重磨办法,减小了刀柄加工差错的晦气影响,使刀柄的功用更牢靠,完成了磨损后的HSK刀柄再运用,下降了出产成本,处理了HSK刀柄磨损后不能再运用的难题。华南理工大学的刘旺玉运用有限元办法对HSK薄壁液压夹头夹紧扭矩进行了剖析。山东大学的张松等借用非线性有限元技能对HSK主轴/刀具联接的变形及触摸应力散布进行了剖析,评论了旋转速度和过盈量对触摸应力的影响。

4 东西体系研讨中存在的问题及其对策

4.1 开发东西体系制作与检测一体化技能,进步刀柄的加工质量
高速加工的东西体系大都选用过定位的双面夹紧办法,因而对加工精度要求很高,否则将严峻影响其运用功用。现在即便国外的闻名东西出产厂家在出产HSK刀柄时,也很难做到一切的加工精度目标都满意HSK的ISO12164规范。因而,探究先进的加工办法和加工工艺,开发要害工序的检测仪器,进步和安稳东西体系的加工质量是高速加工东西体系研讨中要处理的一起问题。
4.2 进步东西体系和机床衔接的动平衡精度,削减高速下的切削振荡
在高速加工中,东西体系细小的不平衡都可能形成巨大的离心力,引起机床和加工进程的振荡,这不只影响零件的加工精度和表面质量,并且简略损坏刀具,下降主轴轴承的精度和寿数,因而,需求寻求新的动平衡规范及测量办法,开发高精度的动平衡技能。
4.3 开发智能型东西体系,完成运用进程的智能化操控
加强在线主动动平衡设备的开发,使东西体系具有在线主动动平衡功用。研发具有在线毛病预告功用的东西体系,使其在设备或运用中呈现毛病时能够主动报警,使高速加工更安全。
4.4 进步刀具和主轴锥孔的合作精度,进步联接牢靠性
东西体系与主轴之间选用锥面和端面一起定位夹紧的办法,因为锥面存在着过盈,在高速状况下,锥面的应力变形会愈加严峻,然后使东西体系的牢靠性下降,因而需求加强对锥面合作办法和合作精度的研讨,以加强东西体系的牢靠性。

5 结语

现在,高速切削加工已成为现代制作的重要发展方向之一,但对高速加工东西体系的根底性研讨还不行充沛,对影响东西体系的要害因素的研讨还有待深人。纵观各工业发达国家对新式东西体系的研讨和开发状况能够看出,高速加工东西体系的发展趋势是:优先选用具有端面和锥面双面定位的过定位办法,进一步进步刀柄的制作精度,开发多功用和智能刀柄。除此以外,赶快完成高速加工东西体系的规范化、系列化也是一个不容忽视的问题。

 

  

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