高速切削刀具及接口技术结课论.docx

高速切削刀具及接口技术（沈阳理工大学机械工程学院 110168）摘 要：本文根据高速切削对刀具系统的要求,针对传统刀具系统在高速加工中存在的弊端,分析了适应高速切削加工的刀具系统的接口技术。关键词 ：高速切削；刀具材料；接口技术High-speedcutting toolsand interface technology (Mechanical Engineering, ShenyangUniversity of Technology 110168)Abstract: In the light of the demand of high speed cutting for cutting tool system, this article, combining the drawback of traditional cutting tool system in high speed process, analyzes the interface technology of cutting tool system adapted to high speed cutting process.Key words: High-speed cutting; Tool; Interface Technology 40. 引言切削加工的主要发展方向之一是高速切削(包括高速软切削、高速硬切削、高速干切削、大进给量切削等)。高速切削时,随着切削速度的提高,切削力逐渐减小,切削温升逐渐趋缓,加工表面质量提高,加工成本降低。为实现切削加工的高速化,必须研究及开发与高速切削相适应的刀具系统接口技术。本文针对传统刀具在高速加工中存在的弊端，在认真分析高速加工对刀具系统要求的基础上，论述了适宜高速加工要求的刀具系统的技术方法。1. 传统刀具系统在高速切削中存在的问题1.1 刀具定位精度和重复定位精度低高速加工时，由于离心力的作用，主轴锥孔与刀具锥柄均发生径向扩张。当锥柄扩张量小于主轴锥孔扩张量时，出现配合间隙。于是，在拉紧螺钉拉紧力的作用下，锥柄带动刀具轴向位移，导致刀具在高速加下时轴向定位精度降低。同时，刀柄与主轴锥孔只靠锥面配合连接，轴向刚度较低，导致刀具重复定位精度较低。1.2 刀具动态与静态刚度低刀具高速旋转时，在离心力作用下，主轴锥孔轴向扩张量的差异，使得本来由锥面结合的低刚性连接的刚度进一步降低。1.3 不利于快速换刀和机床主轴的小型化由于刀柄锥部较长,拔插刀的行程长,会降低自动换刀的速度,同时也不利于减小主轴尺寸。由于以上原因，传统刀具系统已不能满足高速切削加工的需要，必须研究开发适宜高速切削加工的刀具系统。2. 高速加工刀具系统接口技术高速加工刀具系统接口技术包括刀具和机床接口技术、刀具和刀柄接口技术。2.1 刀具和机床接口技术为了克服传统刀柄仅仅依靠锥面定位导致的不利影响，一些科硏机构和刀具制造商硏究并开发了一种能使刀柄在主轴内孔锥面和端面同时定位的新型连接方式-两面约束过定位夹持系统.该系统具有很高的接触刚度和重复定位精度夹紧可靠。目前，该系统主要有短锥柄和7:24长锥柄两种形式。虽然7:24锥柄具有与传统肌刀柄可以互换，并可方便安装于主轴锥孔锥度为7:24的机床上，可提高刀柄与主轴的连接刚度和精度等优点，但从切削速度日趋提高的高速加工的发展趋势来看，锥度为1:10 的短锥柄的刀柄结构的发展前景更为广阔。目前，短锥柄的两面约束刀柄主要有HSK,KM,NT,BIG-PLUS等几种。2.2 刀具和刀柄接口技术刀柄对刀具的夹持力的大小和夹持精度的高低，在高速切削中具有十分重要的位置。如果刀柄对刀具夹持不牢固，轻则降低 加工精度，重则导致刀具及工件损坏，甚至引发安全事故。提高刀具系统夹持精度，就必须设法使刀具得到精密可靠定位，确保足够夹持力，就必须严格控制和提高刀具系统配合精度、加大夹持长度、优化结构设计及合理选材。目前，适宜高速切削加工的刀具夹头主要有以下几种：（1） 热缩夹头：利用刀柄装刀孔热胀冷缩使刀具可靠夹紧。它是一种无夹紧元件的夹头，结构简单对称、夹紧力大。高精度弹簧夹头由日本大昭和精机株式会社生产的高精度弹簧夹头，采用锥12锥套，所有夹头都经平衡修整，以适应高速加工的要求。目前，这种夹头的转速可达30，000 40,000r/min。（2） 高精度液压夹头： BIG-PLUS刀具系统的高精度液压夹头采用两点夹持的一体型构造，具有很高的夹持力和夹持精度，且减小了夹头质量。高精度静压膨胀式夹头 由德国雄克公司生产的高精度静压膨胀式夹头，通过拧紧加压螺栓提高油腔内的油压，使油腔内壁均匀对称的向轴线方向膨胀，以夹紧刀具。该夹头夹持精度极高，其径向跳动小于3微米。（3） 新颖结构夹头： 由Sandvik公司新推出的CoroGrip夹头，借助液压装置推动锥套，在3D处测量，其径向跳动可达26微米，这种夹头夹紧更为可靠，其刚性高于液压夹头，装夹时间短于热缩夹头。公司推出的圆柱柄新型装夹方式，不仅保证端面接触，而且能在半个圆周面上形成夹紧力，提高了夹持刚性。3. 高速切削刀具的展望1. 高速切削刀具技术对提高加工效率和质量有巨大的潜力，其中刀具材料起着决定性的作用。2. 涂层刀具，陶瓷刀具和超细晶粒硬质合金与粉末高速钢刀具为目前高速切削的主要刀具将得到进一步发展。3. 超强，超硬纳米型刀具材料是最诱人的高速切削刀具材料，有望在未来的5-10年成为现实。4. 改变观念，工具行业不但提供刀具产品，而且将发展成为提供整套高速切削刀具技术并服务于前过程的行业。5. 针对不同的行业，整套发展高校和高性能多功能专用刀具是提高生产率和质量最有效的途径之一，是高速切削技术发展的一个重要方面。4. 结束语高速切削加工已成为机械制造的主流发展方向，因此适宜高速切削加工的刀具系统技术的研究具有十分重要的意乂。随着先进制造技术及材料技术和纳米技术的发展，新的多元、复合、纳米级的硬质涂层及CVD金刚石薄膜等功能材料、超硬刀具材料、陶瓷刀具、涂层刀具等将得到广泛应用，高速切削刀具系统将日趋完善，成为推动高速