加工中心工具系統(tǒng)
一、刀柄及選擇加工中心上使用的刀具由刃具部分和連接刀柄兩部分組成。刃具部分包括銑刀、鉆頭、鏜刀、鉸刀等。加工中心有自動換刀裝置，連接刀柄時要滿足機(jī)床主軸自動松開和拉緊定 位、準(zhǔn)確安裝各種切削刃具及適應(yīng)機(jī)械手的夾持和搬運(yùn)、儲存和識別刀庫中各種刀具的要求。加工中心刀柄已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，采用ISO 7388/1 (GB/T 10944—1989)《自動換刀機(jī)10床用7 : 24圓錐工具柄部40、45、50號圓錐柄》標(biāo)準(zhǔn)。固定在刀柄尾部且與主軸內(nèi)拉緊機(jī) 構(gòu)相適應(yīng)的拉釘也標(biāo)準(zhǔn)化，采用ISO 7388/2 (GB/T 10945—1989)《自動換刀機(jī)床用7 > 24 圓錐工具柄部40、45、50號圓錐柄用拉釘》標(biāo)準(zhǔn)。圖1-4為各種形式的加工中心刀柄及相 應(yīng)的彈性套、拉釘、裝卸扳手等。現(xiàn)僅就選用加工中心刀柄時的注意事項做一敘述。 根據(jù)機(jī)床上典型零件的加工工藝來選擇刀柄加工中心上使用的鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔及銑削、攻螺紋等各種用途的刀柄，其規(guī)格數(shù)將達(dá)數(shù)百種之多。具體到某一臺或幾臺機(jī)床上，用戶只能根據(jù)要在這臺機(jī)床上加工的典型零件加工工 藝來選取。這樣選擇的結(jié)果既能滿足加工需要，也不至于造成積壓，是最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法。 刀柄配置數(shù)量刀柄配置數(shù)量與機(jī)床所要加工的零件品種、規(guī)格及數(shù)量有關(guān)，也與復(fù)雜程度、機(jī)床的負(fù)荷有關(guān)。一般是所需刀柄數(shù)量的2?3倍。這是因為要考慮到機(jī)床工作的同時，還有一定數(shù) 量的刀柄正在預(yù)調(diào)或刀具修磨。只有當(dāng)機(jī)床負(fù)荷不足時，才取2倍或不足2倍。 刀柄的柄部型式是否正確為了便于換刀，鏜銑類加工中心及加工中心的主軸孔多選定為不自鎖的7 : 24錐度，但 是刀柄與機(jī)床相配的柄部（除錐角以外的部分）并沒有完全統(tǒng)一。盡管已經(jīng)有了相應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)IS07388，可在有些國家并未得到貫徹，如有的柄部在7 : 24錐度的小端帶有圓柱頭，而 另一些就沒有。對于自動換刀機(jī)床用工具柄部，要切實弄清楚選用的機(jī)床應(yīng)配用符合哪個標(biāo)準(zhǔn)的工具柄部。要求使選擇的刀柄要與機(jī)床主軸孔的規(guī)格相一致。刀柄抓拿部位要 能適應(yīng)機(jī)械手的形態(tài)位置要求，拉釘?shù)男螤睢⒊叽缫c主軸的拉緊機(jī)構(gòu)相匹配。 選用模塊式刀柄和復(fù)合刀柄要綜合考慮采用模塊式刀柄必須配一個柄部、一個接桿和一個鏜刀頭部。當(dāng)?shù)稁烊萘看蟆⒏鼡Q刀具頻繁，可考慮使用模塊式刀柄，若長期反復(fù)使用，不需要反復(fù)拼裝，則可使用普通刀柄。對 于加工批量大又反復(fù)生產(chǎn)的典型零件，為了減少加工時間和換刀次數(shù)，可以考慮采用專門設(shè)計的復(fù)合刀柄。盡管S合刀柄價格要貴，但采用一把復(fù)合刀柄后，可大大節(jié)省工時。而且一 般加工中心的主電機(jī)功率較大，機(jī)床剛度較好，能夠承受較大切削力。采用多刀多刃強(qiáng)力切削，可以充分發(fā)揮機(jī)床的性能，提高生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)周期。在設(shè)計專用的復(fù)合刀柄時，應(yīng) 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化的刀具模塊，這樣能有效地減少設(shè)計與加工的工作量。 高速切削用刀柄和高速夾頭 高速切削用的刀具，無論從加工精度，還是操作安全方面考慮，對它的裝夾技術(shù)都有很高的要求。彈簧夾頭、螺釘?shù)葌鹘y(tǒng)的刀具裝夾方式已經(jīng)不能滿足高速加工的需要。刀柄和刀具夾頭是高速刀具技術(shù)的重要部分。目前高速加工機(jī)床上所采用的HSK刀柄是一種新型的 高速錐型刀柄，由德國阿亨工業(yè)大學(xué)機(jī)床研究所研究開發(fā)。HSK刀柄和普通刀柄的外形結(jié) 構(gòu)見圖1-5，它改進(jìn)常規(guī)刀柄7 > 24錐度的缺陷，其接口采用錐面和端面兩面同時定位的方 式，完全消除了軸向定位誤差。刀柄為空心，有利于換刀輕型化和髙速化，是髙速加工中心 普遍采用的刀柄。除高速刀柄外，高速夾頭的合理使用也非常重要。目前用得較多的是世界著名公司德國雄克（SCHUNK)生產(chǎn)的適應(yīng)于高速切削的具有夾緊精度髙、傳遞轉(zhuǎn)矩大、 結(jié)構(gòu)對稱性好、外形尺寸小等特點(diǎn)的三棱變形靜壓夾頭。另外，熱裝夾頭、高精度彈簧夾頭 等也是應(yīng)用較廣泛的高速夾頭。 HSK刀柄HSK雙面定位型空心刀柄是一種典型的1 | 10短誰面刀具系統(tǒng)。HSK 刀柄由錐面（徑向）和法蘭端面（軸向）共同實現(xiàn)與主軸的剛性連接。由錐面實現(xiàn)刀具與主 軸的同軸度，錐柄的錐度為1=10，如圖1-6所示。這種結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)如下。 采用錐面、端面過定位的結(jié)合形式，可以有效地提高結(jié)合剛度。 因錐部長度短和采用空心結(jié)構(gòu)后質(zhì)量較輕，所以自動換刀動作快，縮短移動時間，加快刀具移動速度，有利于實現(xiàn)ATC的高速化。采用1 : 10的錐度，與7 : 24錐度相比錐部較短，楔形效果好，可以有較強(qiáng)的抗扭 能力，且能抑制因振動產(chǎn)生的微童位移。 具有較高的重復(fù)安裝精度。 刀柄與主軸間由擴(kuò)張爪緊鎖，轉(zhuǎn)速越髙，擴(kuò)張爪的離心力越大，緊鎖力越大，所以這種刀柄具有良好的高速性能，即在高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力作用下，刀柄能牢固緊鎖。(2)三棱變形靜壓夾頭三棱變形靜壓夾頭是利用夾頭本身的變形力來夾緊刀具，其定位精度可 控制在3Mm以內(nèi)。圖1-7所示為三棱變形靜壓夾頭 工作原理。 該夾頭的內(nèi)孔在自由狀態(tài)下為三棱形，三棱的內(nèi)切圓直徑小于要裝夾的刀柄直徑，利用一 個液壓加力裝置，對夾頭施加外力，使夾頭內(nèi)孔變?yōu)閳A孔，孔徑略大于刀柄直徑，此時插人刀柄，然后去掉所加的外力，內(nèi)孔重新收縮成三棱形，對刀柄實行三點(diǎn)夾緊。這種夾頭結(jié)構(gòu)緊湊，對稱 性好，精度高。與熱裝夾頭相比，刀具裝卸簡單，且適用于不同膨脹系數(shù)的硬質(zhì)合金刀柄和高速鋼 刀柄。目前正逐漸應(yīng)用于高速加工中。 g 1-7三棱變形靜壓夾頭工作原理。