高速切削技术及其刀柄结构

2020/07/10

高速切削技术及其刀柄结构摘要:高速切削技术是近十多年来发展最为迅速的先进制造技术之一。文章在论述高速切削技术发展历程和特点的基础上,着重研究了高速切削技术中的刀柄结构,包括HSK、KM及CAPTO,并比较了常用的BT刀柄与HKS、KM刀柄的拉紧特性。对高速旋转所带来的特殊的动平衡问题及其执行标准也作了叙述。  

1、概述  

  高速切削是一个相对概念,并且随着时代的进步而不断变化。一般认为高速切削或超高速切削的速度为普通切削加工的5~10倍。可以从不同的角度对切削速度进行划分,如从加工工艺的角度看,高速切削加工范围为:车削700~7000m/min;铣削300~6000m/min;钻削200~1100m/min;磨削150~360m/min。也可以根据被加工材料来确定高速切削的范围,如加工钢材达到380m/min以上、铸铁700m/min以上、铜材1000m/min以上、铝材1100m/min以上。也可以根据主轴转速、功率、锥孔大小、和平衡标准来划分,如按主轴的Dn值划分,高速主轴的Dn值一般为500000~2000000;对于加工中心,可按主轴锥孔的大小来划分:50号锥——10000~20000r/min;40号锥——20000~40000r/min;30号锥——25000~40000r/min;HSK锥——20000~40000r/min;KM锥——35000r/min以上。而根据ISO—1940,高速主轴的转速至少要超过8000r/min。1978年CIRP切削委员会将高速切削定为500~7500 m/min[1][2][3]。  

研究表明:随着切削速度的提高,切削力会降低15~30%以上,切削热量大多被切屑带走,加工表面质量可提高1~2级,生产效率的提高,可降低制造成本20%~40%。所以高速切削意义不仅仅是得到较高的表面切削质量[2]。  

国外对高速切削技术的研究比较早,可以追溯到20世纪60年代。目前已应用于航空、航天、汽车、模具等多种工业中的钢、铸铁及其合金、铝、镁合金、超级合金(镍基、铬基、铁基和钛基合金)及碳素纤维增强塑料等复合材料的加工,其中以加工铸铁和铝合金最为普遍。加工钢和铸铁及其合金可达到500~1500 m/min,加工铝及其合金可达到3000~4000 m/min[3]。  

我国在高速切削领域方面的研究起步较晚,20世纪80年代才开始研究高速硬切削。刀具以高速钢、硬质合金为主,切削速度大多在100~200 m/min,高速钢在40 m/min以内。切削水平和加工效率都比较低。近年来,虽然对高速切削技术已有比较深的认识,进口的部分数控机床和加工中心中也能达到高速切削加工的要求,但由于刀具等原因,高速切削技术应用也较少。目前主要在模具、汽车、航空、航天工业应用高速切削技术稍多,一般采用进口刀具,以加工铸铁和铝合金为主[3]。  

高速切削技术主要分为两方面,一方面是高速切削刀具技术,包括刀具材料、刀柄和刀夹系统、刀具动平衡技术、高速切削数据库技术、检测与监控系统等;另一方面是高速数控机床技术,包括机床整机结构的静动热态特性、电主轴、直线电机进给系统、数控与伺服系统的高速及高加速度性能、轴承润滑系统、刀具冷却系统等。本文重点谈谈高速切削技术中的刀柄结构。  

2、典型的刀柄结构及其特性  

一般切削最常用的是BT刀柄,而高速切削用得比较多的是HSK刀柄。  

BT刀柄的锥度为7:24,转速在10,000r/min左右时,刀柄-主轴系统还不会出现明显的变形,但当主轴从10,000 r/min升高到40,000 r/min时,由于离心力的作用,主轴系统的端部将出现较大变形,其径跳由0.2 m左右增加到2.8 m左右。刀柄与主轴锥孔间将出现明显的间隙(见图1),严重影响刀具的切削特性,因此BT刀柄一般不能用于高速切削[3]。  

 

图1 高速下离心力造成BT刀柄-主轴系统变形

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,采用锥面与端面双重定位的方式(见图2),在足够大的拉紧力作用下,HSK 1:10空心



询价单

咨询

客服

电话

021-676919607*24小时客服服务热线