緒言
ifMRryN4 dk#k bG; 在許多猜想、預(yù)測、希望中，時(shí)代終于跨入了21世紀(jì)。21世紀(jì)的社會(huì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將向著循環(huán)經(jīng)濟(jì)型、節(jié)省能源型、高度信息型迅速變化發(fā)展。這就將會(huì)對機(jī)械加工提出更高的要求。也就意味著加工機(jī)器、加工工具也將迅速走向高精度化、高效率化，實(shí)現(xiàn)高度信息化、智能化，從而適應(yīng)社會(huì)的保護(hù)環(huán)境、節(jié)省能源的要求。
&ZlVWK~v l|J E # 作為加工主體的加工機(jī)器，隨著機(jī)械要素及NC技術(shù)的發(fā)展高速、高精度化得到迅速地普及。這是因?yàn)楦咚偌庸げ坏梢蕴岣呒庸ば�、降低成本，而且可以提高加工精度，適應(yīng)以前作為難題的淬火鋼等難削材料的加工。在刃具方面，硬質(zhì)合金刃具越來越普及，并且適合高速加工的CBN、金剛石刃具，DLC涂層等也不斷被開發(fā)使用。而刀具裝在加工機(jī)器與刃具之間，起著保持刃具的作用。所以高速加工不但要求刃具自身具有良好的剛性、柔性、動(dòng)平衡性及操作性，同時(shí)對在與機(jī)器主軸連接時(shí)的剛性和連接精度、在保持刃具時(shí)的把持力和把持精度及其它各方面都提出了嚴(yán)格的要求。以下本文就高速、高精度加工時(shí)刀具應(yīng)該具備的條件作一些具體的分析。
NqazpB* u^ +7hkk 兩面定位系統(tǒng)
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EPI4 !3] 首先是刀具與主軸間的連接問題，也就是主軸系統(tǒng)�，F(xiàn)在市場上最多的仍是7/24的主軸系統(tǒng)。包括ISO、DIN、BT等都屬于此類。但如前所述，隨著機(jī)械加工的高速化的發(fā)展，這種系統(tǒng)出現(xiàn)了許多的問題:
9iIhte. h,u, ^ r 剛性不足-刀柄的法蘭面與主軸端面間有間隙
i/;\7n 1y@i}<9F ATC的重復(fù)精度不穩(wěn)定-每次自動(dòng)換刀后，刀具的徑向尺寸都可能發(fā)生變化。
Xv5wJlc!d mW(W\'~_~ 軸向尺寸不穩(wěn)定-主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)因受離心力的作用而內(nèi)孔增大，刀具的軸向尺寸發(fā)生變化
^B.5G K)! wj$< t'MN 刀柄錐部較長-不利于快速換刀及機(jī)器的小型化針對這些問題，一些刀具廠家及研究機(jī)構(gòu)開發(fā)了兩面定位的主軸系統(tǒng)。也就是使刀柄與主軸內(nèi)孔錐面、端面同時(shí)貼緊的一種新的連接方式。其中有代表性的是日本大昭和精機(jī)(BIG)的BIG-PLUS系統(tǒng)(圖1)和德國標(biāo)準(zhǔn)的HSK系統(tǒng)
.nf#c.DI .=7vI$ujd BIG-PLUS系統(tǒng)的錐度仍是7/24，其設(shè)計(jì)原理是
T\6dm/5 Y|F9}hj( 將刀柄裝入主軸時(shí)(鎖緊前)端面間的間隙減小(#40:0.2mm±0.005)。
5,lEx1{_ X Swl Tg 鎖緊后利用主軸內(nèi)孔的彈性膨脹補(bǔ)償此間隙,使刀柄與主軸端面貼緊。
6EoMt@7g MC&` oX[ 這樣產(chǎn)生的效果是:
(&Kk7< #` ( ?1y4M 與主軸的接觸面積增大-剛性增強(qiáng)、振動(dòng)衰減效果提高。
~OYiq}g JQ_sUYh~3 ATC的重復(fù)精度提高-端面的矯正作用。
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.gM3 b;B%q$sntC 軸向尺寸穩(wěn)定-顯示端面的定位作用。
X6w6%fzOH> $u6"*| 因?yàn)锽IG-PLUS系統(tǒng)的錐度仍是7/24，鎖緊機(jī)構(gòu)也一樣，所以它和一般的系統(tǒng)(非兩面定位)之間有互換性。這也是BIG-PLUS系統(tǒng)能得到迅速普及的一個(gè)原因。
$t'MSlF \j}ZB<.> HSK系統(tǒng)的錐度是1/10，刀柄中空、短柄。它的原理也是利用鎖緊力及用主軸內(nèi)孔的彈性膨脹補(bǔ)償初期端面的間隙。只是因?yàn)樗侵锌盏侗陨碛休^大的彈性變形，可能因?yàn)橹鬏S內(nèi)孔的膨脹而刀柄本身也膨脹，所以它對制造時(shí)的公差精度的要求相對較松。另外由于它的質(zhì)量小、柄部短，所以有利于高速ATC及機(jī)器的小型化。但也正因?yàn)樗侵锌斩瘫�，所以剛性、�?qiáng)度要受到一定程度的影響。
d`=MgHz ^qvZXb 無論如何，兩面定位系統(tǒng)彌補(bǔ)了普通系統(tǒng)的許多不足，必將成為刀具系統(tǒng)的主流.
T[w]o}>cW XB;7!8| 刀具自身的剛性與動(dòng)平衡性
~f&E7su-6+ w _ "E*9 刀具的剛性一直是機(jī)械加工中被重視的主要問題之一。剛性不足會(huì)引起刀具的振動(dòng)或發(fā)生刀具傾斜，影響加工精度、加工效率。并且因?yàn)榈毒叩恼駝?dòng)會(huì)加快刃具的磨損，甚至影響刀具及機(jī)器的壽命。如果將刀柄桿部近似成一實(shí)心圓柱剛體，那它的剛性與截面直徑的4次方成正比，與柱長的3次方成反比。也就是說，一把刀柄在它的質(zhì)量限定后，當(dāng)然越粗越短剛性便越強(qiáng)。
:(U ,x<> hE'-is@7 除此以外，還可以通過改變其自身結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)剛性。比如一般的銑刀夾頭雖然其鎖緊螺母很粗，但螺母底部與刀柄本體之間總有間隙，使剛性損失很多。高速加工對刀具的動(dòng)平衡性也提出很高的要求。這是因?yàn)閯?dòng)平衡性不好的刀具在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受很大的離心力的作用(與不平衡力矩及轉(zhuǎn)速的平方成正比)，刀桿發(fā)生彎曲并容易引起振動(dòng)。彈簧夾頭、銑刀刀柄可以通過平衡修正來解決這個(gè)問題。但是如一般帶微調(diào)機(jī)構(gòu)的精鏜頭，在調(diào)節(jié)加工直徑時(shí)鏜頭的重心也在改變，所以就無法通過平衡修正來取得動(dòng)平衡。
3 8Mv25N >;aWz%- 最近，日本大昭和精機(jī)推出了一種可以進(jìn)行自動(dòng)平衡補(bǔ)償?shù)溺M頭。其原理如圖3所示，在鏜頭內(nèi)部安裝了一個(gè)小齒輪和一個(gè)平衡塊，在調(diào)節(jié)直徑、使套管軸向外移動(dòng)時(shí)，平衡塊將通過小齒輪的作用向相反方向移動(dòng)，從而保持重心位置不變。
P-9)38`5 HYD'.uj 把持力和把持精度
