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1、精品_精品资料_HSK 和 BT 刀柄种类规格加工中心的主轴锥孔通常分为两大类,即锥度为7:24 的通用系统和 1:10 的 HSK 真空系统.7:24 锥度的通用刀柄锥度为 7:24 的通用刀柄通常有五种标准和规格,即NT传统型、DIN 69871德国标准、IS0 7388/1 国际标准 、MAS BT 日本标准以及ANSI/ASME 美国标准.NT 型刀柄德国标准为 DIN 2080,是在传统型机床上通过拉杆将刀柄拉紧,国内也称为 ST.其它四种刀柄均是在加工中心上通过刀柄尾部的拉钉将刀柄拉紧.目前国内使用最多的是DIN 69871 型即 JT和 MAS BT型两种刀柄. DIN 6987
2、1 型的刀柄可以安装在 DIN 69871 型和 ANSI/ASME 主轴锥孔的机床上, IS0 7388/1 型的刀柄可以安装在 DIN 69871 型、IS0 7388/1 和 ANSI/ASME 主轴锥孔的机床上,所以就通用性而言, IS0 7388/1 型的刀柄是最好的.1DIN 2080 型简称 NT 或 STDIN 2080 是德国标准,即国际标准 ISO 2583 ,是我们通常所说 NT型刀柄,不能用机床的机械手装刀而用手动装刀.2 DIN 69871 型 简称 JT、 DIN 、DAT 或 DV DIN 69871 型分两种,即 DIN 69871 A/AD 型 和 DIN 6
3、9871 B 型,前者是中心内冷,后者是法兰盘内冷,其它尺寸相同.3 ISO 7388/1 型 简称 IV 或 IT其刀柄安装尺寸与 DIN 69871 型没有区分,但由于 ISO 7388/1 型刀柄的 D4 值小于 DIN 69871 型刀柄的 D4 值,所以将 ISO 7388/1 型刀柄安装在 DIN 69871 型锥孔的机床上是没有问题的,但将DIN 69871 型刀柄安装在 ISO 7388/1 型机床上就有可能会发生干预.4 MAS BT型 简称 BTBT 型是日本标准,安装尺寸与 DIN 69871、IS0 7388/1 及 ANSI 完全不同,不能换用. BT 型刀柄的对称性
4、结构使它比其它三种刀柄的高速稳固性要好.5 ANSI B5.50 型 简称 CATANSI B5.50 型是美国标准,安装尺寸与DIN 69871 、IS0 7388/1 类 似,但由于少一个楔缺口,所以ANSI B5.50 型刀柄不能安装在 DIN 69871 和 IS0 7388/1 机床上,但 DIN 69871 和 IS0 7388/1 刀柄可以安装在 ANSI B5.50 型机床上.二、 1:10 的 HSK 真空刀柄HSK 真空刀柄的德国标准是 DIN69873,有六种标准和规格,即HSK-A 、 HSK-B 、 HSK-C 、 HSK-D 、 HSK-E 和 HSK-F ,常用的
5、有三种： HSK-A 带内冷自动换刀 、 HSK-C 带内冷手动换刀 和 HSK-E 带内冷可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_自动换刀,高速型 .7:24 的通用刀柄是靠刀柄的7:24 锥面与机床主轴孔的 7:24 锥面接触定位连接的,在高速加工、连接刚性和重合精度三方面有局限性.HSK 真空刀柄靠刀柄的弹性变形,不但刀柄的1:10 锥面与机床主轴孔的 1:10 锥面接触,而且使刀柄的法兰盘面与主轴面也紧密接触,这种双面接触系统在高速加工、连接刚性和重合精度上均优于7:24 的HSK 刀柄有 A 型、B 型、C 型、D 型、E 型、F 型等多种规格,其中常用于加工中心自动换刀 上
6、的有 A 型、E 型和 F 型.A 型和 E 型的最大区分就在于：1.A 型有传动槽而 E 型没有.所以相对来说 A 型传递扭矩较大, 相对可进行一些重切削.而 E 型传递的扭矩就比较小,只能进行一些轻切削.2.A 型刀柄上除有传动槽之外,仍有手动固定孔、方向槽等,所以相对来说平稳性较差.而 E 型没有,所以 E 型更适合于高速加工.E 型和 F 型的机构完全一样,它们的区分在于 :同样称呼的 E 型和 F 型刀柄比方 E63 和 F63,F 型刀柄的锥部要小一号.也就是说 E63 和 F63 的法兰直径都是 63,但 F63 的锥部尺寸只和 E50 的尺寸可编辑资料 - - - 欢迎下载精品
7、_精品资料_高速切削中的刀柄技术2022-11-30 10:31:00进入论坛一样.所以和 E63 相比, F63 的转速会更快 主轴轴承小 .HSK刀柄锥的结构形式与常用的 BT刀柄不同,它是一种新型的高速锥型刀柄,接受锥面与端面双重定位的方式 图 2,在足够大的拉紧力作用下, HSK1： 10 空心工具锥柄和主轴 1：10 锥孔之间在整个锥面和支承平面上产生摩擦,提供封闭结构的径向定位, 平面夹紧定位防止刀柄的轴向窜动, 其径向跳动不超过5m,轴向重复定位精度高达 1m.HSK短锥柄部长度短约为标准 BT锥柄长度的 1/2 、重量轻,因此换刀时间短,有利于高速ATC及机床小型化.在整个速度
8、范畴内, HSK锥柄比 BT锥柄具有更大的动、静径向刚度和良好的切削性能.HSK锥柄有 A,B, C,D, E, F 五种型式图 3 .国内接受 DIN6989B-1 中的 A 型和 C型标准,如 HSK50A,HSK63A,HSK100A等.HSK50和 HSK63刀柄的主轴转速可达 25000r/min ,HSK100刀柄可达 12022r/min ,精密平稳后的 HSK刀柄可达40000r/min .随着转速增加,径向刚度将有所降低,见图4.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_KM刀柄是 1987 年美国 Kennametal 公司与德国 Widia 公司联合研制的 1：10
9、 短锥空心刀柄图 5,其长度仅为标准 7：24 锥柄长度的 1/3 .由于协作锥度比较短,且刀柄设计成中空结构,在拉杆轴向拉力的作用下,短锥可径向收缩,所以有效的解决了端面与锥面同时定位而产生的干预问题.争辩说明：与 BT刀柄相比, HSK刀柄与 KM刀柄具有更加优越的静刚度和动刚度,其中由于 KM刀柄的拉紧力、锁紧力和动刚度值明显大于HSK刀柄,所以KM刀柄的性能最优.它们的结构及性能比较见表2.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_从表 2 可以看出 KM的动刚度比 HSK更高,但它正常锁紧所需的拉紧力也大, 大约是 HSK的 3.2 倍.对于尺寸相同的 KM6350刀柄和 HS
10、K63B刀柄, KM需要11.2kN 的拉紧力或 33.5kN 的锁紧力才能得到 16.7N/ftm的动刚度. 而 HSK只要3.5kN 的拉紧力或 10.5kN 的锁紧力即可得到能中意高速切削要求的同等级的12.5N/ m的动刚度.2 其他高速刀柄结构可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_高速切削在实际生产中使用得越来越多,但其高速刀柄的结构并不像BT刀柄那样通用,许多方面仍没有形成标准,所以高速刀柄的形式多种多样.如 Sandvik 公司生产的 CAPTO刀柄就很特殊,其刀柄为三棱体锥,而不是常见的圆 锥型,锥度为 1：20图 6.由于三棱锥的外表比较大,所以刀具的外表压力低、不
11、易变形、 精度保持性比较好. 另外由于该结构不需要传动键就可以实现正反两个方向的转矩传递图 7、图 8,所以排除了由于键和键槽引起的动平稳间题.缺点是成本高,与其他现有刀柄不兼容.在机床主轴工作转速大幅度提高的情形下,传统的bt7:24锥度 工具系统的加工性能已难以中意高速切削的要求. 为此, 工业发达国家竞相开发各种可适应高速切削需要的新型工具系统,目前应用较广泛的有德国的hsk 德文 hohlschaftkegel缩写, 空心短锥 工具系统、美国的 km工具系统、日本的nc5、big-plus工具系统等,其中以hsk 系统的技术最为成熟, 应用范畴也最广泛. hsk 工具系统接受空心短锥结
12、构和两面夹紧方式,在系统刚度、径向圆跳动精度、 重复安装精度、 夹紧牢靠性等方面都具有优越性能.工具系统的制造精度直接影响其工作性能. 本文通过分析hsk 工具系统德国 din 标准与 iso 标准之间的主要差异, 争辩了对 hsk 工具系统定位精度和联接刚度的影响,以期对国产新型工具系统的开发供应借 鉴与参考.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2 hsk 工具系统标准的制订从1987 年开头, 由德国阿亨工业高校机床试验室wzl 以及一些工具制造厂、 机床制造厂、 用户企业等 30 多个单位成立了专题工作组,在 m.weck 教授领导下开头了新型工具系统的争辩开发工作.经过第一
13、轮争辩,工作组于1990 年 7 月向德国工业标准组织提交了“自动换刀空心柄”标准建议.德国于1991 年 7 月公布了 hsk 工具系统的 din 标准草案,并向国际标准化组织建议制定相关iso标准. 1992 年 5 月,国际标准化组织isot/tc29工具技术委员会 准备暂不制订自动换刀空心柄的iso标准.经过工作组的其次轮争辩,德国于1993 年制定了 hsk 工具系统的正式工业标准din69893 .1996 年 5 月,在 iso/tc29/wg33审议会上,制订了以din69893 为基础的 hsk 工具系统的 iso 标准草案 iso/dis12164.经过多次修订后,于202
14、2 年颁布了 hsk 工具系统正式iso标准iso12164 .3 din 标准与 iso标准的主要差异在hsk 工具系统正式 iso标准颁布之前, 各国生产的 hsk 工具系统相关产品均按德国标准din69893 、din69063 规定了主轴安装孔形状尺寸 进行设计与制造.但hsk 工具系统的正式 iso标准 iso12164对 din 标准作了假设干处重要 改进, 这些差异对 hsk 工具系统的工作性能将产生较大影响.在 hsk 工具系统中, 刀柄锥部与机床主轴锥孔的协作质量直接影响其性能及精度,因此, 合理制定刀柄锥部和机床主轴孔 的制造精度要求是hsk 工具系统标准必需解决的关键问题
15、.对此,din 标准与 iso标准接受了两种截然不同的处理方法.以hsk-a型刀柄为例, din 标准规定的刀柄锥部与主轴锥孔 的主要把握尺寸见图1.表 1 为 hsk-a63型刀柄锥部与主轴锥孔的相关尺寸.(a) 刀柄锥部(b) 主轴锥孔图 1hsk-a 型刀柄锥部与主轴锥孔的主要把握尺寸din标准 表1hsk-a63 刀柄锥部与主轴锥孔的相关尺寸din标准d2d3l2l2d2l3l3at3mm48+0.011+0.00746.53+0.007+0.0036.348+0.003-0.00114.7 21(a) 刀柄锥部公差带(b) 主轴锥孔公差带hsk-a 型刀柄锥部与主轴锥孔公差带din标
16、准 ,在 din 标准中, hsk 刀柄锥部由两个断面的直径尺寸d2 大端 、d3 小端 和两个断面的位置尺寸l2 、l3 以及锥度 1:10来把握.对应的主轴锥孔由大端直径d2、断面的位置尺寸l2 和锥度 1:10 所对应的锥角来把握.在din标准中,主轴锥孔未规定l3 、d3 尺寸,为便于分析论述, 本文用“ *l3 ”、“ *d3 ”表示与刀柄锥部尺寸 l3 、d3 相对应的主轴锥孔尺寸.din 标准规定的 hsk-a 型刀柄锥部与主轴锥孔的公差带如图2 所示.对应于 din 标准的 hsk-a63 型主轴锥孔小端处的极限尺寸为*d3max=d2max-2*l3tg2 5145-at3/
17、2=46.534mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_*d3min=d2min-2*l3tg2 5145=46.529mm刀柄锥部与主轴锥孔协作时,在大端 d2 和小端 d3 处的最大和最小过盈量分别为d2max=d2max-d2min=12.md2min=d2min-d2max=4.md3max=d3max-d3min=8.md3min=d3min-d3max=-1.m 间隙 iso标准规定的 hsk-a 型刀柄锥部与主轴锥孔主要把握尺寸如图 3 所示.由图可见,在 iso 标准中,hsk 刀柄锥部由大端断面直径尺寸d2、断面位置尺寸 l2 、锥面的面轮廓度公差t 和锥度1:9
18、.98来把握,未单独规定小端尺寸及公差.对应的主轴锥孔把握方法与刀柄锥部相像,也是由大端断面直径尺寸d2、断面位置尺寸 l2 、锥面的面轮廓度公差t 和锥度来把握,但锥度与din 标准相同1:10,也未单独规定小端尺寸及公差.在iso 标准中,主轴锥孔和刀柄锥部均未规定l3 、 l3 、d3、d3 尺寸,为便于分析论述,本文用“ *l3 ”、“ *l3 ”、“ *d3 ”、“ *d3 ”表示与din 标准中的l3 、 l3 、d3、d3 相对应的尺寸.表2 为 hsk-a63型刀柄锥部与主轴锥孔的相关尺寸.图4所示为 hsk-a型刀柄锥部与主轴锥孔的公差带.(a) 刀柄锥部(b) 主轴锥孔hs
19、k-a 型刀柄锥部及主轴安装孔的主要把握尺寸 iso标准hsk-a63 刀柄锥部与主轴锥孔的相关尺寸iso标准d2tl2l2d2tmm48.0100.0036.347.9980.002(a) 刀柄锥部公差带(b) 主轴锥孔公差带hsk-a 型刀柄锥部与主轴锥孔公差带iso标准 对应于 iso标准的 hsk-a63 型刀柄锥部与主轴锥孔在大、小端处的极限尺寸分别为d2max=d2+t=48.013mmd2min=d2-t=48.007mm*d3max=d2-*l3/9.98+t=46.540mm*d3min=d2-*l3/9.98-t=46.534mmd2max=d2+t=48.000mmd2m
20、in=d2-t=47.996mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_*d3max=d2-*l3/10+t=46.530mm*d3min=d2-*l3/10-t=46.526mm刀柄锥部与主轴锥孔协作时,在大端d2 和小端*d3 处的最大和最小过盈量分别为d2max=d2max-d2min=17.md2min=d2min-d2max=7.md3max=*d3max-*d3min=14.md3min=*d3min-*d3max=4.m4接受两种标准的 hsk 工具系统性能分析刀柄的定位精度和联接刚度是衡量工具系统性能的两个重要指标.下面对接受din 标准和 iso标准的hsk 刀柄的定
21、位精度和联接刚度作一比照分析.定位精度 hsk 刀柄的定位精度包括轴向定位精度和径向定位精度.由于接受din 标准和 iso标准的 hsk 刀柄均利用端面进行轴向定位, 因此二者都具有很高的轴向定位精度 联接刚度 hsk 刀柄与主轴的联接刚度与hsk 刀柄锥面与主轴锥孔的协作状况以及刀柄、刀柄端面与主轴端面的拉紧状况亲热相关.hsk 刀柄在切削载荷作用下的变形曲线如图5 所示.由图可知, hsk 刀柄的联接刚度存在两种状态.a 段曲线对应的工作载荷较低,刀柄联接刚度较高 变形较小 ,此时的联接刚度与刀柄前端结构尺寸有关. b 段曲线说明当作用于刀柄的工作载荷增大到确定程度后,刀柄变形急剧增大,
22、联接刚度下降, 动刚度很低, 工作性能恶化, 这种特点与刀柄锥部尺寸以及刀柄与主轴锥孔的协作状况有关.din 刀柄在静载荷作用下的变形曲线hsk 刀柄锥部尺寸以及刀柄锥部与主轴锥孔的协作状况对联接刚度的影响是双重的.一方面, 为使 hsk 刀柄在较大工作载荷范畴内保持较高刚度, 必需保证有足够大的夹紧力传递到刀柄端面,使之与主轴端面紧密贴合,这就要求刀柄锥部与主轴锥孔的协作过盈量不能过大.另一方面, 为使重载时刀柄的联接刚度不会急剧下降, 就必需保证刀柄锥部与主轴锥孔的协作过盈量足够大.因此, 为到达严格把握刀柄锥部与主轴锥孔协作过盈量的目的,无论是 din 标准仍是 iso 标准, 都对刀柄
23、锥部与主轴锥孔的加工精度提出了极高要求.以hsk-a63 型刀柄与主轴锥孔为例,按din 标准制造时, 大端处的最大过盈量为12.m,最小过盈量为 4.m.小端处的最大过盈量为8.m,最小过盈量为 -1.m 即显现间隙 .而按 iso 标准制造时,大端处的最大过盈量为17.m,最小过盈量为 7.m.小端处的最大过盈量为14.m,最小过盈量为 4.m.比较两种标准的刀柄协作过盈量可知,按din 标准制造的 hsk 刀柄与主轴锥孔的协作过盈量较小,有利于保证将足够大的夹紧力传递到刀柄端面,使之与主轴端面紧密贴合,从而在较大工作载荷范畴内获得较高联接刚度,但在重载条件下联接刚度将急剧下降,使工作条件
24、恶化. 按 iso标准制造的刀柄与主轴锥孔的协作过盈量较大,使可保持较高联接刚度 的工作载荷范畴有所缩小. iso 标准指出, 只要夹紧力不小于该标准的规定值,即可确保 70%可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_以上的夹紧力传递到刀柄端面,因此工作载荷范畴的缩小是有限的.iso标准规定的刀柄锥度1:9.98与主轴锥孔的锥度 1:10并不一样,从而可保证在刀柄锥部与主轴锥孔拉紧联接 过程中, 圆锥的大端第一接触, 随着产生弹性变形, 使刀柄与主轴的端面和锥面发生过定位全面接触, 以确保其轴向、 径向安装定位精度, 并有利于防止具有高联接刚度的工作载荷范围缩小.假设将刀柄锥度定为1:9
25、.94 ,就小端过盈量仍与din 标准相当.由此可见,按iso 标准制造的刀柄和主轴锥孔在重载条件下具有较高的联接刚度和较好的切削性能.此外, 按iso 标准制造的 hsk 刀柄与主轴锥孔的协作过盈量变化量较小,因此系统性能更为稳固.5结论按 iso 标准制造的 hsk 工具系统的刀柄与主轴锥孔协作过盈量较大,更易保证 hsk 刀柄的定位精度及系统性能的稳固性.iso 标准对刀柄锥部和主轴锥孔分别接受不同的把握锥度 1:9.98和 1:10 是合理的,有利于更好发挥hsk 工具系统刚度高的性能优势.在保证足够夹紧力的前提下,按iso标准制造的 hsk 工具系统更有利于重载切削.按din 标准制造的 hsk 工具系统的刀柄与主轴锥孔协作过盈量稍小,夹紧更为牢靠, 更适用于高速、轻载加工.可编辑资料 - - - 欢迎下载