加工中心刀柄

1、加工中心刀柄介紹隨著加工中心在零件機(jī)械加工中的運(yùn)用越來越普遍，加工中心刀柄的使用也越來 越多。但是，刀柄的種類有很多，我們必須選擇精度足夠的、經(jīng)濟(jì)的、使用方便的刀 柄用于零件的加工，這就要求我們對(duì)刀柄有全面的了解。刀柄，用于連接加工中心主軸與切削刃具的裝備。這就如同人用手拿著筆寫字， 人是機(jī)床，筆是切削刃具，手就是刀柄。如圖1所示，由于刀柄是與主軸連接、與刀具連接，所以刀柄的分類也主要有兩種 分類。按與加工中心主軸的連接方式分類：分為 7:24錐度刀柄和1:10錐度刀柄；按刀 柄與刀具的連接方式分類：分為側(cè)固式刀柄、彈簧夾套式刀柄、液壓刀柄、熱漲刀柄 等。圖1一、刀柄與主軸連接方式加工中心的主

2、軸和刀柄之間通常采用錐度配合。錐度配合特點(diǎn)是具有定心性好、 間隙或過盈可以方便地調(diào)整等。圖2錐度C= （D-d） /L,如圖2。因此刀柄按錐度也分為7: 24和1: 10兩大類。（一）、7:24錐度刀柄定位原理及特點(diǎn)1、7:24錐度刀柄定位原理圖3圖47:24錐度刀柄通過長錐面限制X、Y方向的移動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)，Z方向的移動(dòng)5個(gè)自由度， 通過拉力F與錐面產(chǎn)生的摩擦力限制 落由的轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖3、圖4所示）,從而實(shí)現(xiàn)刀柄的完 全定位，此定位方式刀柄端面與主軸端面有間隙，如 B琮列刀柄。2、7:24錐度刀柄的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）、不自鎖，可以實(shí)現(xiàn)快速裝卸刀具；2）、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)

3、錐面接觸。3）、7: 24錐度的刀柄在制造時(shí)只要將錐角加工到高精度即可保證連接的精度，所 以成本相應(yīng)比較低，而且使用可靠。缺點(diǎn)：1）、單獨(dú)的錐面定位。7: 24錐度刀柄連接錐度較大，錐柄較長，導(dǎo)致 a、換刀行 程長，換刀時(shí)間慢；b、刀柄重量增加，機(jī)床損耗功率增加。2）、在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，主軸前端錐孔會(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，見圖 5,但是與之配合的7: 24錐度刀柄由于是 實(shí)心的所以膨脹量較小。（如：在離主軸中心r=0.02m處，一質(zhì)量為m=100g勺質(zhì)點(diǎn)，在機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為 n=12000r/min時(shí)，所受到的離心力為 F=3158.3N,即為31

4、5.83Kg的力。）圖5則有：a、刀柄旋轉(zhuǎn)時(shí)，在拉桿拉力的作用下，刀柄向內(nèi)位移，軸向精度低；b、刀具總的剛度會(huì)降低，導(dǎo)致刀具前端徑向跳動(dòng)大，加工位置的表面質(zhì)量、位置精度都 差；c、每次換刀后刀柄的徑向尺寸都可能發(fā)生改變，存在著重復(fù)定位精度不穩(wěn)定的問 題；d、不適合高速切削（二）、1:10錐度刀柄兩面定位原理及特點(diǎn)1、1:10錐度刀柄兩面定位原理圖6圖71:10錐度刀柄，錐度部分為中空，當(dāng)機(jī)床拉緊刀柄時(shí)，刀柄端面與主軸端面緊密貼合，同時(shí)刀柄錐面發(fā)生彈性形變，緊密貼合，形成過定位，限制刀柄X、Y方向的移動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)，Z方向的移動(dòng)5個(gè)自由度（刀柄坐標(biāo)如圖4所示），另通過主軸的拉力，錐面 之間、端面與端面

5、之間產(chǎn)生的摩擦力限制 Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，如HS燎列刀柄。2、1:10錐度刀柄兩面定位的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）、1:10錐度刀柄的結(jié)構(gòu)形式與常用的7:24錐度刀柄不同，它是一種新型的高速 錐型刀柄，在拉緊力作用下，端面定位防止刀柄的軸向竄動(dòng)，軸向重復(fù)定位精度高達(dá)1以m同時(shí)端面緊緊貼合，產(chǎn)生很大的靜摩擦力，對(duì)主軸錐孔受離心力變大有很好的抑 制作用，所以其徑向跳動(dòng)不超過5m具有高的軸向及徑向精度。2）、1:10短錐柄部長度短（約為標(biāo)準(zhǔn)7:24錐柄長度的1/2）、重量輕（柄部空心）, 因此有利于減少換刀時(shí)間及機(jī)床的小型化；3）、由于1:10刀柄是雙面貼合，則其具有更大的動(dòng)、靜徑向剛度，所以刀具系統(tǒng) 不易產(chǎn)生震動(dòng)，加

6、工精度高，刀具也不易磨損。同時(shí)也非常適合在高轉(zhuǎn)速下使用，定 心準(zhǔn)確，1:10刀柄可使用于60000r/min的主軸轉(zhuǎn)速。4）、較好的動(dòng)平衡性，在高速切削加工條件下，微小質(zhì)量的不平衡都會(huì)造成巨大 的離心力，在加工過程中引起機(jī)床的劇烈震動(dòng)。圖8圖9缺點(diǎn)：1）、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，成本高（刀柄價(jià)格是普通標(biāo)準(zhǔn)7:24刀柄的1.52倍）。2）、1:10刀柄是通過錐面變形來實(shí)現(xiàn)兩面定位的，當(dāng)?shù)侗幱诟咚傩D(zhuǎn)時(shí)，變形、 應(yīng)力都會(huì)更加嚴(yán)重，從而使得可靠性下降。（三）、7:24錐度刀柄和1:10錐度刀柄的對(duì)比1、軸向變化對(duì)比圖10從上圖10可看出，在轉(zhuǎn)速0 10000r/min時(shí)，7:24錐度刀柄與1:1

7、0錐度刀柄軸向變 化差異不大；在轉(zhuǎn)速10000r/min時(shí)，7:24錐度刀柄軸向變化量劇烈增大。2、加工效果對(duì)比圖11圖12如圖11、圖12所示，在加工條件相同的情況下，1:10錐度刀柄加工的表面質(zhì)量明 顯高于7:24錐度刀柄。所以，我們?cè)谶x擇刀柄錐度時(shí)，如果使用到的最大轉(zhuǎn)速010000r/min ,軸向精度要求不太高，表面質(zhì)量要求不太高時(shí)，我們可以選擇成本更低的7:24錐度刀柄，如BT系列刀柄。相反，我們就選擇1:10錐度刀柄，如HS繇列刀柄。二、刀柄與刃具連接方式刀柄與刃具的連接必須在保證精度的前提下牢固可靠。連接方式有很多，常用的 般為以下幾種刀柄。（一）、側(cè)固式刀柄單側(cè)固雙側(cè)固斜側(cè)固圖

8、13側(cè)固式刀柄，就是使用專用螺釘從側(cè)面頂緊刃具，使刃具與刀柄牢固連接，見圖 14。根據(jù)刃具的不同，又可分為單側(cè)固，雙側(cè)固，斜側(cè)固，如圖 13。裝夾直徑25mmz上刀具，建議使用雙側(cè)固方式。側(cè)固式刀柄的優(yōu)缺點(diǎn)如下:側(cè)固式刀柄的優(yōu)點(diǎn)：1、裝夾方便；2、傳遞扭矩大；3、使用內(nèi)冷無需附件側(cè)固式刀柄的缺點(diǎn)： 1、裝夾精度不高； 2、刀柄動(dòng)平衡不好; 3、通用性不好。14重切削根據(jù)側(cè)固式刀柄的特點(diǎn)，一般用于粗加工、轉(zhuǎn)速不高的加工或 加工等，如螺紋底孔的加工，粗鉆加工等。（二）、彈簧夾套式刀柄15圖16彈簧夾套刀柄是通過旋緊螺母，使用彈簧夾套壓緊刃具的連接方式，見圖15、圖16彈簧夾套刀柄的特點(diǎn)：1、最常用

9、的是ER單簧夾頭，使用方便，價(jià)格便宜，通用性好，但夾持力不強(qiáng)。2、在夾持大的場(chǎng)合，可選用各種強(qiáng)力彈性夾頭刀柄。3、彈簧刀柄以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾持精度高而被廣泛使用。圖17因?yàn)閺椈蓨A套刀柄夾持力有限，主要用于夾持柄徑相對(duì)較小的鉆頭、立銃刀、絞 刀、絲錐等直柄刀具。（三）、液壓式刀柄圖18圖19液壓式刀柄是通過旋進(jìn)螺釘，液壓油使刀柄內(nèi)腔形變，達(dá)到壓緊刃具的目的，如20所示。圖18、圖19所示。如果同一個(gè)刀柄要夾持不同直徑的刃具，可通過使用變徑套的方式，如圖 但這會(huì)增大刃具的夾持誤差液壓刀柄的特點(diǎn):液壓式刀柄的優(yōu)點(diǎn)：1、裝夾精度高;2、裝夾方便。液壓式刀柄的缺點(diǎn)：1、價(jià)格高；2、維護(hù)不便、易漏油；3、夾

10、緊力不強(qiáng)、剛度低。20圖22圖21液壓刀柄有上述缺點(diǎn)，但是其中部分缺點(diǎn)可以通過其他方式解決：如圖21所示,液壓刀柄可以設(shè)計(jì)兩處變形點(diǎn)，從而增加夾持力與夾持剛性；另，通過一體式刀柄設(shè) 計(jì)，解決維護(hù)不便、易漏油的問題，如圖22所示。（四）、熱漲式刀柄圖23圖24熱漲刀柄是通過加熱刀柄夾持部分，使夾持孔擴(kuò)張，裝進(jìn)刃具之后，夾持部分冷 卻，達(dá)到固定刃具的目的，圖23為熱漲裝置，圖24為熱漲刀柄。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：1、動(dòng)平衡好，適合于高速加工。1、需要額外的熱漲裝置2、重復(fù)定位精度高，一般在0.002mm以內(nèi)。2、裝夾操作不便3、夾緊力大，支承好。3、刀柄壽命受限4、徑向跳動(dòng)小，可0.002mm-0.005mm4、刀柄的柔性差5、清洗方便。5、清洗方便。（四）刀柄與刃具連接方式的對(duì)比：彈簧夾套式液壓式熱漲式綜合比較可用于所有工序，通用性好不適合高速加工，維護(hù)成本高非常適合高速加工，裝夾精度高，動(dòng)平衡好，通用性好刀具跳動(dòng)在離夾二位置4d距離的跳動(dòng)為10u*右在離夾二位置4d距離的跳動(dòng)為5un右在離夾二位置