加工中心刀柄

加工中心刀柄介绍随着加工中心在零件机械加工中的运用越来越普遍，加工中心刀柄的使用也越来越多。但是，刀柄的种类有很多，我们必须选择精度足够的、经济的、使用方便的刀柄用于零件的加工，这就要求我们对刀柄有全面的了解。刀柄，用于连接加工中心主轴与切削刃具的装备。这就如同人用手拿着笔写字，人是机床，笔是切削刃具，手就是刀柄。如图1所示，由于刀柄是与主轴连接、与刀具连接，所以刀柄的分类也主要有两种分类。按与加工中心主轴的连接方式分类：分为7:24锥度刀柄和1:10锥度刀柄；按刀柄与刀具的连接方式分类：分为侧固式刀柄、弹簧夹套式刀柄、液压刀柄、热涨刀柄等。图1一、刀柄与主轴连接方式加工中心的主轴和刀柄之间通常采用锥度配合。锥度配合特点是具有定心性好、间隙或过盈可以方便地调整等。图2锥度C=（D-d）/L，如图2。因此刀柄按锥度也分为7：24和1：10两大类。（一）、7:24锥度刀柄定位原理及特点1、7:24锥度刀柄定位原理图3图47:24锥度刀柄通过长锥面限制X、Y方向的移动及转动，Z方向的移动5个自由度，通过拉力F与锥面产生的摩擦力限制Z轴的转动（如图3、图4所示），从而实现刀柄的完全定位，此定位方式刀柄端面与主轴端面有间隙，如BT系列刀柄。2、7:24锥度刀柄的特点优点：1）、不自锁，可以实现快速装卸刀具；2）、刀柄的锥体在拉杆轴向拉力的作用下，紧紧地与主轴的内锥面接触。3）、7：24锥度的刀柄在制造时只要将锥角加工到高精度即可保证连接的精度，所以成本相应比较低，而且使用可靠。缺点：1）、单独的锥面定位。7：24锥度刀柄连接锥度较大，锥柄较长，导致a、换刀行程长，换刀时间慢；b、刀柄重量增加，机床损耗功率增加。2）、在高速旋转时，由于离心力的作用，主轴前端锥孔会发生膨胀，膨胀量的大小随着旋转半径与转速的增大而增大，见图5，但是与之配合的7：24锥度刀柄由于是实心的所以膨胀量较小。（如：在离主轴中心r=0.02m处，一质量为m=100g的质点,在机（三）、7:24锥度刀柄和1:10锥度刀柄的对比1、轴向变化对比图10从上图10可看出，在转速≤10000r/min时，7:24锥度刀柄与1:10锥度刀柄轴向变化差异不大；在转速≥10000r/min时，7:24锥度刀柄轴向变化量剧烈增大。2、加工效果对比图11图12如图11、图12所示，在加工条件相同的情况下，1:10锥度刀柄加工的表面质量明显高于7:24锥度刀柄。所以，我们在选择刀柄锥度时，如果使用到的最大转速≤10000r/min，轴向精度要求不太高，表面质量要求不太高时，我们可以选择成本更低的7:24锥度刀柄，如BT系列刀柄。相反，我们就选择1:10锥度刀柄，如HSK系列刀柄。二、刀柄与刃具连接方式刀柄与刃具的连接必须在保证精度的前提下牢固可靠。连接方式有很多，常用的一般为以下几种刀柄。（一）、侧固式刀柄单侧固双侧固斜侧固图13侧固式刀柄，就是使用专用螺钉从侧面顶紧刃具，使刃具与刀柄牢固连接，见图14。根据刃具的不同，又可分为单侧固，双侧固，斜侧固，如图13。装夹直径25mm以上刀具，建议使用双侧固方式。侧固式刀柄的优缺点如下：图14侧固式刀柄的优点：1、装夹方便；2、传递扭矩大；3、使用内冷无需附件。图14侧固式刀柄的优点：1、装夹方便；2、传递扭矩大；3、使用内冷无需附件。侧固式刀柄的缺点：1、装夹精度不高；2、刀柄动平衡不好；3、通用性不好。根据侧固式刀柄的特点，一般用于粗加工、转速不高的加工或重切削加工等，如螺纹底孔的加工，粗钻加工等。（二）、弹簧夹套式刀柄图15图16弹簧夹套刀柄是通过旋紧螺母，使用弹簧夹套压紧刃具的连接方式，见图15、图16。弹簧夹套刀柄的特点：1、最常用的是ER弹簧夹头,使用方便,价格便宜,通用性好，但夹持力不强。2、在夹持大的场合，可选用各种强力弹性夹头刀柄。3、弹簧刀柄以其结构简单，夹持精度高而被广泛使用。图17因为弹簧夹套刀柄夹持力有限，主要用于夹持柄径相对较小的钻头、立铣刀、绞刀、丝锥等直柄刀具。（三）、液压式刀柄图18图19液压式刀柄是通过旋进螺钉，液压油使刀柄内腔形变，达到压紧刃具的目的，如图18、图19所示。如果同一个刀柄要夹持不同直径的刃具，可通过使用变径套的方式，如图20所示。但这会增大刃具的夹持误差。液压刀柄的特点：图20液压式刀柄的优点:1、装夹精度高；2、装夹方便。图20液压式刀柄的优点:1、装夹精度高；2、装夹方便。液压式刀柄的缺点:1、价格高；2、维护不便、易漏油；3、夹紧力不强、刚度低。图21图22液压刀柄有上述缺点，但是其中部分缺点可以通过其他方式解决：如图21所示，液压刀柄可以设计两处变形点，从而增加夹持力与夹持刚性；另，通过一体式刀柄设计，解决维护不便、易漏油的问题，如图22所示。（四）、热涨式刀柄图23图24热涨刀柄是通过加热刀柄夹持部分，使夹持孔扩张，装进刃具之后，夹持部分冷却，达到固定刃具的目的，图23为热涨装置，图24为热涨刀柄。优点:1、动平衡好，适合于高速加工。2、重复定位精度高，一般在0.002mm以内。优点:1、动平衡好，适合于高速加工。2、重复定位精度高，一般在0.002mm以内。3、夹紧力大，支承好。4、径向跳动小，可0.002mm～0.005mm。5、清洗方便。5、清洗方便。缺点:1、需要额外的热涨装置2、装夹操作不便3、刀柄寿命受限4、刀柄的柔性差（四）刀柄与刃具连接方式的对比：弹簧夹套式液压式热涨式综合比较可用于所有工序，通用性好不适合高速加工，维护成本高非常适合高速加工，装夹精度高，动平衡好，通用性好刀具跳动在离夹持位置4d距离的跳动为10um左右在离夹持位置4d距离的跳动为5um左右在离夹持位置4d距离的跳动为3um左右刀柄刚性好差很好。夹持力超过主轴夹持