数控刀具常用工具锥柄标准简介

2020/06/26

 随着数控金切机床的广泛使用,与之配套的数控刀具使用量也在不断增加。由于我国多年来从不同国家引进了大量数控机床,而这些机床采用的工具锥柄标准不尽相同,这就给用户(尤其是刚接触数控金切机床的新用户)选用数控刀具带来一些困难和问题。


本文根据笔者手头收集到的一些相关标准作一简要介绍,希望有助于增加读者对数控刀具常用工具锥柄标准的了解和掌握。


  目前,数控铣床和镗铣加工中心使用最多的仍是7∶24工具锥柄。但在高速加工机床上,1∶10空心短锥柄的使用正日益增多。对于车削中心和车铣中心,则以1∶10短锥柄使用较多(车削中心使用的CZG圆柱柄工具系统不属本文讨论范围)。


  自动换刀机床常用的7∶24工具锥柄标准主要有:中国国家标准GB 10944-89“自动换刀机床用7∶24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄”;国际标准ISO 7388/1:1983(40、45和50号工具锥柄)和ISO 7388/3:1986(30号工具锥柄);德国标准分DIN 69871-1:1995(30、40、45、50和60号工具锥柄)和DIN 69871-2(40、45、50、55和60号工具锥柄)两种;日本现行标准为JIS B 6339:1998(30、35、40、45、50、55和60号工具锥柄),用于代替日本工作机械工业会标准MAS-403:1975(40、45、50和60号工具锥柄);美国现行标准为AMSE B5.50-1994(30、40、45、50和60号工具锥柄),用于代替ANSI/AMSE B5.50-1985标准。


  手动换刀用7∶24工具锥柄的常见标准有国家标准GB 3837.3-83和国际标准ISO 297-82,以及机械行业标准JB 3381.1-83。


  1∶10空心工具锥柄目前已有国家标准GB 19449.1-2004“带有法兰接触面的空心圆锥接口第1部分:柄部—尺寸”。它等同采用了国际标准ISO 12164-1:2001的内容。原德国标准DIN 69893-1:1996已被新的标准DIN 69873-1:2003代替,新的德国标准也等同采用了国际标准ISO 12164-1:2001的内容。其它常见结构的1∶10工具锥柄基本采用企业标准,具有垄断性,如美国肯纳公司的KM型系列、瑞典山特维克公司的Capto系列、德国瓦尔特公司的NOVEX系列等。


  自动换刀机床用7∶24工具锥柄的中国国家标准GB 10944-89是参照采用国际标准ISO 7388/1:1983制定的,除对极个别项目数据进行了圆整(如尾部螺纹底孔深度13)或未规定数据(如法兰上的键槽根底倒角)外,其它数据完全相同。而国际标准ISO 7388/1:1983又是参照德国标准DIN 69871-1的A型工具锥柄制定的,所以这三个标准的外形尺寸相同。在国内,其工具锥柄的代号为“JT”。其特征是:法兰厚度较小;有一装刀用的定位缺口;两个端键槽为不对称分布。


  自动换刀机床用7∶24工具锥柄在德国标准DIN 69871-1中分为A型、AD型和B型三种:A型为螺纹底孔不通的;AD型为螺纹底孔贯通的;B型为法兰端面供水的。而DIN 69871-2则只有C型一种,为双平行法兰、无V型槽的,现在已很少采用。其工具锥柄代号虽然标准中未作规定,但在德国其代号通常称为“SK”。


  自动换刀机床用7∶24工具锥柄的日本标准JIS B 6339:1998虽已替代了日本工作机械工业会标准MAS-403:1975,但由于其主要外形尺寸相同,对使用基本没有影响,所以在不少制造商的样本上仍然标注MAS-403标准代号,而未标注JIS B 6339。但应注意,这两个标准所用的拉钉是不同的。其工具锥柄代号为“BT,特征为:法兰厚度较大;V型槽非对称分布,靠近工作部分一侧;两个端键槽对称分布;端键槽不铣通。


  自动换刀机床用7∶24工具锥柄的美国标准AMSE B5.50-1994已替代了ANSI/AMSE B5.50-1985,同样,由于外形尺寸相同,很多制造商在样本上仍标注ANSI/AMSE B5.50,或只标注ANSI。其工具锥柄代号虽然标准中未作规定,但通常称为“CAT”,其特征为:法兰厚度较小;两个端键槽为非对称分布;在一个端键槽的底面上钻有识别孔,用于刀具定位。其尾部螺纹应为UNC制螺纹,国内制造商为方便用户使用,改为对应的公制螺纹,其它尺寸不变。


  手动换刀用7∶24工具锥柄的中国国家标准GB 3837.3-83是等同采用国际标准ISO 297-82制订的,其特征为:法兰上无V型槽,两个端键槽为对称分布,锥柄小端带圆柱尾,工具锥柄部分的长度较大。在国内,其工具锥柄代号为“ST”。用于通用铣床。


  手动换刀用7∶24工具锥柄的机械行业标准JB 3381.1-83是用于无机械手和刀库的数控铣床的工具锥柄。其特征为:法兰上无V型槽,两个端键槽对称分布,锥柄小端不带圆柱尾。在国内,其工具锥柄代号也为“ST”,因此很容易与带圆柱尾的7∶24工具锥柄相互混淆,因此用户在订货时必须说明是否带圆柱尾(哈量集团样本规定为“WST”,以示区别)。虽然该标准已被国家标准GB 10944-89替代,但用户仍有需求,因此建议在以后的标准修订或制定时,解决该标准的合法性及其工具锥柄代号命名问题。


  除带圆柱尾的手动换刀用7∶24工具锥柄不用拉钉外,上述其它7∶24工具锥柄均需安装拉钉才能使用,其外形尺寸取决于所采用的标准。


  国家标准GB 10945-89“自动换刀机床用7∶24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄用拉钉”是参照国际标准ISO 7388/2-1984制订的,外形尺寸相同,分为A型和B型两种:A型拉钉的拉紧面斜角为15°,用于不带钢球的拉紧装置,代号为“LDA”;B型拉钉的拉紧面斜角为45°,用于带钢球的拉紧装置,代号为“LDB”。二者均带贯通孔,用于冷却液流通。


  德国标准DIN 6988-1987的拉钉有A型和B型两种,A型带贯通孔;B型不带贯通孔,但有密封圈用环形槽,以防止冷却液从尾部泄漏。两种拉钉的拉紧面斜角均为15°,用于不带钢球的拉紧装置。


  日本标准JIS B 6339:1998的拉钉只有一种型式,拉钉的拉紧面斜角为15°,用于不带钢球的拉紧装置,代号为“xxP”。日本工作机械工业会标准MAS-403的拉钉则有Ⅰ型和Ⅱ型两种:Ⅰ型拉钉的拉紧面斜角为30°,用于不带钢球的拉紧装置;Ⅱ型拉钉的拉紧面斜角为45°,用于带钢球的拉紧装置。使用时应注意,这两种拉钉的头部长度比JIS B 6339:1998标准的拉钉头部直径小,颈部长度长,其代号为“PxxT”。


  美国标准AMSE B5.50-1994的拉钉只有一种型式,拉钉的拉紧面斜角为45°,且凸缘与螺纹之间无定心圆柱。螺纹应为UNC制螺纹,国内制造商为方便用户使用,也改为对应的公制螺纹,其它尺寸不变。


  1∶10空心短圆锥柄的国际标准ISO 12164-1:2001基本采用了德国标准DIN 69873-1的方案。主要不同之处是:将柄部锥度由1∶10改为1∶9.98,以确保锥柄与安装孔配合时大端直径先接触;只规定了大端直径的理论正确尺寸,取消了大、小端直径及其公差;取消了大、小端直径间的距离尺寸;改变了尾部端键槽倒圆角的标注方法;在规范性附录中规定了锥柄与法兰端面的空刀槽的型式和尺寸;在资料性附录中建议了平衡区域。遗憾的是没有规定锥柄的锥度公差和大端直径公差。它分为A型和C型两种:A型用于自动或手动换刀;C型只能用于手动换刀。由于采用锥面和端面双重定位,轴向和径向定位精度较高;通过尾端的键与锥面、端面的摩擦传递扭矩大;锥柄长度短、重量轻、换刀快;由于适合高速机床使用,因此得到迅速推广。


  虽然美国肯纳公司的KM型1∶10空心短圆锥柄出现较早,但由于存在结构和工艺缺陷,因此未能被采用为ISO标准,目前在数控车床上应用较多。



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