靜壓膨脹式刀具夾頭.doc

靜壓膨脹式刀具夾頭近年來，數(shù)控機(jī)床朝著“高速、高效、高精度”的方向發(fā)展，國產(chǎn)加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般為800012000r/min，國外加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般為1000018000r/min，德國、瑞士等國新推出的高速加工中心或高速銑床的主軸最高轉(zhuǎn)速一般在1000060000r/min，同時(shí)，主軸具有很高的回轉(zhuǎn)精度，其徑向跳動(dòng)一般不超過2?m。這樣，人們除了要求刀具符合高速機(jī)床的要求之外，對(duì)刀具夾持系統(tǒng)也提出了很高的要求，具體表現(xiàn)在夾持回轉(zhuǎn)精度、動(dòng)平衡性能以及動(dòng)力學(xué)性能等各個(gè)方面。從而使新型精密刀具夾持技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，得以快速發(fā)展，開發(fā)出了多種新型刀具夾持系統(tǒng)。下面將分析、介紹德國雄克（Schunk）公司生產(chǎn)的兩種新型精密刀具夾持系統(tǒng)。 1 靜壓膨脹式刀具夾頭1.加壓螺栓 2.油腔 3.夾持孔圖1 靜壓膨脹式刀具夾頭的結(jié)構(gòu)原理圖科太克表1 雄克公司靜壓膨脹式刀具夾頭直接夾緊所能傳遞的扭矩刀具被夾部直徑（mm）681012141618202532傳遞的扭矩（Nm）814354573112175280350450注:表中數(shù)據(jù)是在大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，考慮了一定的安全系數(shù)后給出的。被測(cè)刀具的刀桿為光滑圓柱體，精度等級(jí)h6，其被夾部長(zhǎng)度滿足DIN6535和DIN1835標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試時(shí)的工作溫度2025。o 工作原理 o 性能特點(diǎn) o 使用要求圖1為靜壓膨脹式刀具夾頭（又稱液壓夾頭）的結(jié)構(gòu)原理圖。該夾頭的特點(diǎn)是采用了靜壓膨脹結(jié)構(gòu):在夾頭主體與夾緊孔內(nèi)壁之間做了環(huán)形封閉油腔，油腔內(nèi)充滿了專用液壓油，夾緊孔內(nèi)壁具有很好的彈性。當(dāng)擰緊加壓螺栓1時(shí)，油腔內(nèi)壓力升高，使密閉的油腔的每個(gè)部分都受到均勻的壓力，從而將有彈性的夾緊孔內(nèi)壁收縮而夾緊刀具：當(dāng)松開加壓螺栓1時(shí)，油腔內(nèi)油壓回落，夾緊孔內(nèi)壁在彈性回復(fù)力的作用下回復(fù)到原始直徑而松開刀具。 靜壓膨脹結(jié)構(gòu)不但可以做成夾緊刀桿外圓的夾頭，也可以做成芯軸脹緊內(nèi)孔，用于夾持滾刀等，還可以做成同時(shí)夾緊外圓和脹緊內(nèi)孔的復(fù)合刀具夾頭。 靜壓膨脹式刀具夾頭具有優(yōu)良的技術(shù)性能:夾持回轉(zhuǎn)精度3?m：重復(fù)夾緊精度2?m：穩(wěn)定可靠的夾緊力：能夠傳遞很大的扭矩（表1）；極優(yōu)的阻尼減振性能：夾緊系統(tǒng)具有全封閉結(jié)構(gòu)，無磨損，經(jīng)久耐用：能夠有效地提高切削加工的精度和加工表面質(zhì)量：可以顯著改善刀具在切削加工中的受力狀態(tài)，成倍提高刀具使用壽命。 生產(chǎn)靜壓膨脹式刀具夾頭需要經(jīng)過精確的理論計(jì)算、優(yōu)良的熱處理和精密的制造過程。為了適應(yīng)高速切削的要求，還要進(jìn)行動(dòng)平衡檢測(cè)和調(diào)試。動(dòng)平衡一般是按照德國工業(yè)應(yīng)用研究組織AIF推薦的動(dòng)平衡指標(biāo): SK40，SK50G6.3/15000r/minHSK-A32-63G6.3/15000r/minHSK-A80-100G6.3/12000r/minHSK-C32-63G6.3/15000r/minHSK-C80-100G6.3/12000r/minHSK-E32-63G6.3/30000r/min如果有更高的轉(zhuǎn)速要求，經(jīng)過更精細(xì)的動(dòng)平衡，可以使靜壓膨脹式刀具夾頭適用于50000r/min的工作轉(zhuǎn)速。在德國達(dá)姆施塔特生產(chǎn)技術(shù)和切削機(jī)床研究所進(jìn)行的測(cè)試中，雄克公司的靜壓膨脹式刀具夾頭在105r/min的轉(zhuǎn)速下仍能保持良好的力學(xué)性能。 靜壓膨脹式刀具夾頭的使用要求是:當(dāng)被夾刀具的外徑為68mm時(shí)，要求刀桿的精度等級(jí)為h6：當(dāng)?shù)毒咄鈴酱笥?mm時(shí)，刀桿的精度等級(jí)可以放寬到h7。同時(shí)，要保證刀桿被夾持的最小長(zhǎng)度，例如?20mm的刀具的最小夾持長(zhǎng)度為42.5mm，實(shí)際使用時(shí)只要將刀具在刀柄孔中插到底即可。刀桿型式必須符合DIN1835的A型（光滑圓柱刀桿）和AB型（中部銑有平面的圓柱刀桿），其它型式的刀桿要加中間過渡套才能使用。刀具夾頭的最佳工作溫度為2050，當(dāng)實(shí)際工作溫度超過50時(shí)，生產(chǎn)企業(yè)要對(duì)刀具夾頭做特殊處理。2 應(yīng)力鎖緊式刀具夾持器（a）（b）（c）（d）圖2 TRIBOS刀具夾持器的工作原理圖科太克圖3 TRIBOS-R刀具夾持器的結(jié)構(gòu)示意圖科太克表2 TRIBOS-S刀具夾持器能傳遞的最小扭矩夾持直徑（mm）68101214161820傳遞的最小扭矩（Nm）51320305580100200注:表中數(shù)據(jù)是考慮了一定的安全系數(shù)后給出的，被測(cè)刀具的刀桿精度等級(jí)h6。o 工作原理 o 性能特點(diǎn) o 使用要求應(yīng)力鎖緊式刀具夾持器以TRIBOS命名，它是德國雄克公司的專利產(chǎn)品，它的工作原理如圖2所示，其夾持孔具有特殊的幾何形狀（圖2a），在原始狀態(tài)下，刀具無法插入夾持孔內(nèi)。安裝刀具時(shí)，使用專用加載器對(duì)夾持段從外部加壓，將夾持孔壓成圓孔（圖2b），此時(shí)可以將刀桿順利地插入夾持孔內(nèi)（圖2c），然后松開加載器，撤掉外部載荷，夾持孔將試圖回復(fù)到原始狀態(tài)，于是刀桿就被強(qiáng)大的彈性回復(fù)力夾緊（圖2d）。同樣，使用加載器可以方便地取出或更換刀具。 TRIBOS刀具夾持器有兩種類型，分別為TRIBOS-S和TRIBOS-R。TRIBOS-S刀具夾持器如圖2所示，它的夾持段外徑很細(xì)小，可以做成刀具加長(zhǎng)桿，用于需要加長(zhǎng)刀具的場(chǎng)合，例如深型腔模具的加工：也可以直接做成刀具夾頭，用于會(huì)發(fā)生幾何干涉的零件特殊部位的加工。由于它的外徑很細(xì)，剛性相對(duì)較差，所以只能用于輕切削加工。為了提高TRIBOS刀具夾持器的剛性，又開發(fā)了TRIBOS-R刀具夾持器。與TRIBOS-S相比，TRIBOS-R加大了夾持段的外徑，設(shè)計(jì)了減振的特殊的空腔結(jié)構(gòu)（空腔中注滿了熱固性塑料），如圖3所示，使刀具夾持器的剛性和夾持力都得到很大的提高，可以用于重切削加工。 TRIBOS刀具夾持器有很好的技術(shù)特性:回轉(zhuǎn)精度3?m：重復(fù)夾緊精度3?m：穩(wěn)定可靠的夾緊力：能傳遞很大的扭矩：采用完全對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，夾持器沒有滑動(dòng)件，無磨損，免維護(hù)，經(jīng)久耐用，適用于高速切削：用加載器裝刀，換刀迅速、方便，加載器不需要外部動(dòng)力源：TRIBOS-S刀具夾持器的夾持段具有極小的外徑：TRIBOS-R刀具夾持器具有很好的剛性、優(yōu)良的阻尼減振性能，可以提高切削加工精度，改善加工表面質(zhì)量。即使是TRIBOS-S刀具夾持器也能傳遞相當(dāng)大的扭矩，可以滿足絕大部分精加工的要求。表2列出了TRIBOS-S刀具夾持器所能傳遞的最小扭矩。TRIBOS刀具夾持器的動(dòng)平衡檢測(cè)、調(diào)試和動(dòng)平衡指標(biāo)與靜壓膨脹式刀具夾頭基本相同。如果有更高的轉(zhuǎn)速要求，經(jīng)過更精細(xì)的動(dòng)平衡，可以使TRIBOS刀具夾持器適用于85000r/min的工作轉(zhuǎn)速。在德