作者：江蘇大學(xué) 薛宏麗 王貴成 盧章平    來源：《工具技術(shù)》 Kk5 vC{  
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1 引言 ?\_N*NEtK
 
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高速加工是集材料科學(xué)、工程力學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)和制造科學(xué)于一體的高新加工技術(shù)，在汽車制造、航空航天和機(jī)械加工多個(gè)行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。高速加工工具系統(tǒng)是高速加工機(jī)床的重要組成部分，其性能直接影響到加工質(zhì)量和加工效率。因此，高速加工工具系統(tǒng)的研究與開發(fā)倍受國內(nèi)外機(jī)械工程專家和學(xué)者的關(guān)注。 Z3:M%)e_u$  
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半個(gè)多世紀(jì)以來，傳統(tǒng)的BT(7:24錐度)工具系統(tǒng)在機(jī)械加工中發(fā)揮了重要作用。但是，在高速加工中，主軸工作轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)，在離心力作用下，主軸孔的膨脹量比實(shí)心的刀柄大，使錐柄與主軸的接觸面積減少，導(dǎo)致BT工具系統(tǒng)的徑向剛度、定位精度下降；在夾緊機(jī)構(gòu)拉力的作用下，BT刀柄的軸向位置發(fā)生變化，軸向精度下降，從而影響加工精度；機(jī)床停車時(shí)，刀柄內(nèi)陷于主軸孔內(nèi)將很難拆卸。另外，由于BT工具系統(tǒng)僅使用錐面定位、夾緊，還存在換刀重復(fù)精度低、連接剛度低、傳遞扭矩能力差、尺寸大、重量大、換刀時(shí)間長等缺點(diǎn)。為解決上述問題，美國、德國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼開發(fā)出若干新型工具系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)代機(jī)械加工生產(chǎn)的要求。 5hNjJqu  
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2 國外新型工具系統(tǒng)的開發(fā) v&BKl  
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2.1 HSK工具系統(tǒng) :K%{?y  

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HSK刀柄是德國阿亨工業(yè)大學(xué)機(jī)床研究所研究開發(fā)的一種新型的高速短錐刀柄，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是空心、薄壁、短錐，錐度為1:10；端面與錐面同時(shí)定位、夾緊，刀柄在主軸中的定位為過定位；使用由內(nèi)向外的外漲式夾緊機(jī)構(gòu)。 cR;zNS  
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HSK工具系統(tǒng)最突出的特點(diǎn)就是端面和錐面同步接觸。夾緊時(shí)，由于錐部有過盈，所以錐面受壓產(chǎn)生彈性變形，同時(shí)刀柄向主軸錐孔軸向位移，以消除初始間隙，實(shí)現(xiàn)端面之間的貼合，這樣就實(shí)現(xiàn)了雙面同步夾緊。就其本身的定位而言，這種保證錐面和端面同時(shí)定位的方式實(shí)質(zhì)上是過定位。HSK接口的徑向精度是由錐面接觸特性決定的，這一點(diǎn)與BT錐柄一致(二者的徑向精度均可達(dá)到0.2μm)。HSK接口的軸向精度由接觸端面決定，這與BT錐柄明顯不同，中空結(jié)構(gòu)是HSK刀柄的一個(gè)重要特征。要實(shí)現(xiàn)雙面接觸，錐面必須產(chǎn)生彈性變形，與實(shí)心柄相比，空心柄產(chǎn)生彈性變形容易得多，所消耗的夾緊力也小得多，而當(dāng)主軸高速回轉(zhuǎn)時(shí)，空心薄壁的徑向膨脹量與主軸內(nèi)錐孔相差不大，有利于在較大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持錐面的可靠接觸。HSK刀柄的空心柄部還為夾緊機(jī)構(gòu)提供了安裝空間，以實(shí)現(xiàn)由內(nèi)向外的夾緊。這種夾緊方式可以把離心力轉(zhuǎn)化為夾緊力，使刀柄在高轉(zhuǎn)速下工作時(shí)夾緊更為可靠。此外，HSK刀柄的空心柄部還使內(nèi)部切削液的供應(yīng)成為可能。 y[U/5! `zV  
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HSK工具系統(tǒng)以其定位精度高，靜、動(dòng)態(tài)剛度高，尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，適合高速切削等優(yōu)點(diǎn)，已成為高速加工中最有發(fā)展?jié)摿Φ母呒?jí)系統(tǒng)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織最終確定以HSK為新型工具系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)，并于2001年頒布了該項(xiàng)ISO標(biāo)準(zhǔn)(ISO12164)。 m$T?~oo  
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2.2 KM工具系統(tǒng) 4@,d{qp~  
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KM工具系統(tǒng)是美國Kennametal公司及德國Widia公司聯(lián)合研制的，其基本形狀與HSK很類似，也是采用了1:10的空心短錐配合和雙面定位方式。主要的差別在于夾緊機(jī)構(gòu)不同，KM刀柄是使用鋼球斜面鎖緊，夾緊時(shí)鋼球沿拉桿凹槽的斜面被推出，卡在刀柄上的鎖緊孔斜面上，將刀柄向主軸孔拉緊，刀柄產(chǎn)生彈性變形使刀柄端面與主軸端面貼緊。 3t