高速刀具与机床的衔接

刀柄是高速切削加工的一个关因部件。高速切削用的刀具，因为刀具旋转速度很高，无

论从确保加工精度方面思考，还是从操作安全方面思考，都对它的装夹技能有很高的需求。

传统的刀柄与机床主轴的衔接办法是选用7：24银柄实心刀柄(BT、Iso)，这种办法因为

仅仅靠大锥度联系，刀具与主轴的衔接刚性相对较低，当主轴转速超过10000r／miH时，由

于离心力的效果，主轴7：24大端会发作扩大(图8—9)，使刀具轴向定位精度和衔接刚性下

降，振荡加剧，乃至发作刀柄与主袖咬合的表象。主袖的胀大还会导致刀柄及夹紧组织质心

的偏离，然后影响主袖的动平衡。要确保这种衔接在高速下仍有牢靠的触摸定位，需求一个

很大的过盈量来抵消主轴轴端的胀大，这样大的过盈量需拉杆发作根大的预紧拉力，而拉杆

发作这样大的拉力通常很难，对换刀也十分晦气，还会使主轴胀大，对主轴前轴承有不良影

响。剖析标明，刀尖25％一50％的变形来源于7：24银度衔接，只要40％摆布的变形源于

主轴和轴承。因而，传统刀具的刀柄与主轴锥孔的合作办法和合作精度，已经不能满意高速

切削时的刚度和精度需求，因而开发新式的高速东西体系已成为改善高速切削体系的重要组

成有些。

要使刀—轴衔接具有杰出的高速功能，最佳路径是将本来仅靠锥面衔接定位，改为锥面

与端面一起触摸定位。后者虽然是一种过定位计划，但因其能补偿仅靠镊面定位计划的许多

缺乏，如今已经成为高速刀具与主铀衔接的首要布局方法，目前最有代表性的是德国的

HSK刀柄和美国的KM刀柄。

HsK刀柄为德国亚深工业大学开发的一种新式的高速锥型刀柄，与常用的盯刀柄不

同，它选用锥面与端面两层定位的办法(图8—lo)，经过斜楔布局推开开口套笛，使空心柄

部发作弹性变形来完成径向定位，再用高着儿度凸缘面来确保轴向定位和刚性，并从央持原理

上消除了离心力的副效果。HsK的铀向、径向刀具替换重复定位精度均达到lPm，H3K短

锥柄部长度短(约为规范BT锥柄长度的1／2)、重量轻．因而换刀时间短，有利于高速

ATc及机床小型化。在整个速度范围内，HsK锥柄比BT链柄具有更大的动、静径向刚度

和杰出的切削功能。一起该刀柄的增力效果显著，可达牵引力的3倍，合适于20000一

46000 r／血M的超高速主勒，被誉为是“21世纪的刀柄”。

KM刀柄是1987年美国K。nnam碘a1公司与德国w汕a公司联合研发的l，lo短锥空心刀柄(图8—11)，其长度仅为规范7：24锥柄长度的1／3。因为合作锥度比较短，且刀柄规划成中空布局，在拉杆抽向拉力的效果下，短锥可径向缩短，所以有效地处理了端面与锥面向时定位而发作的干与疑问。与HsK的首要区别是夹紧组织不一样，它由锁闭杆波动轮和钢球组成，夹紧时用锁闭杆牵引，靠其斜面沿半径向外推钢球，使之与刀柄的歪斜孔相触摸，

能用铰小的牵引力取得较大的夹紧力锥柄。

HsK和1(M刀具体系的接助刚性好，夹紧牢靠，传递扭矩大，重复定位精度高(可达

o．o01一o．o025mm)，具有适应高速旋转和换刀时间短以及固定与旋转刀具通用等长处，为刀具进步切削功率和加工质量，减少磨损及破损创造了条件。因而，此类刀柄特别合适高速切削加工。德国已将HSK刀柄正式归入DIN69893标ZB，并取得Iso／TC29专业委员会的认可。HsK与KM作为机床刀具接口或作为刀具体系模块的衔接办法，是机械加工向高速切削范畴开展不行短少的一套配置体系。表8—7列出了HsK和KM刀柄的布局特色，三种刀柄的布局比较见团8—12。

此外，为处理刀具与机床主轴衔接中存在的诸如衔接刚度、精度、动乎衡布局复杂性和互换性等疑问，还有以下一些处理办法。

①对现有的标推7：24锥孔衔接的布局进行改善

善规范7；24衔接的静态功能。

②严厉规定公差合作，增大轴向拉力。

③在不改动规范7：24锥孔衔接布局的前提下，完成锥孔和端面一起触摸定位。

④增大合作预过盈量，一起采纳办法避免主铀胀大，改善标难锥柄的高速功能。

日立掐工公司的H．F．C(H1tachi Facin8St。p)“日立”端面限位刀柄，主轴轴端选用碳素

纤维周向环绕的布局，抑制了高速旋转时主袖锥7L的扩大量，进步了对高速旋转的适应

能力。

⑤撤销键衔接，选用摩擦力或三枝圆传递转矩的布局，消除了键及破格导致的动平衡

疑问，如德国HsK—Et HsK—F刀柄，选用摩擦力传递转矩；瑞典sandvik公司的cAPTo

刀杆体系选用三棱囚传递转矩。

⑥选用缩短合作的原理，完成刀具与刀柄的牢靠衔接，如用三棱变形衔接、热装衔接

以及液压夹紧衔接等。这些布局办法传递转短大、刚度高、布局对称性好、精度高，并且有

利于刀具的动平衡。

⑦在刀柄上设备主动动平衡设备，满意高速加工对刀具提出在线动平衡的严苛需求。

⑧在刀柄内设备减振设备，避免刀柄的振荡。如股份有限公司日研工作所的“梦境刀柄”，

经过在刀柄内装减振设备，可使硕质合金铣刀的寿数进步3倍以上，高速钢铣刀的寿数进步

1．5倍以上，涂层刀具的寿数进步5倍以上。