国外先进数控工具系统.doc

随着机械工业的发展，数控机床在我国日渐普及。由于数控机床的工具系统直接影响数控加工的位置与精度，所以发展镗铣类模块式数控工具系统对提高镗铣加工中心的质量与效益有很重要的意义。镗铣类数控工具系统是镗铣床主轴到刀具之间的各种连接刀柄的总称，其主要作用是连接主轴与刀具，使刀具达到所要求的位置与精度，传递切削所需扭矩及保证刀具的快速更换。不仅如此，有时工具系统中某些工具还要适应刀具切削中的特殊要求(如丝锥的扭矩保护及前后浮动等)。工作时，刀柄按工艺顺序先后装在主轴上，随主轴一起旋转，工件固定在工作台上作进给运动。镗铣类数控工具系统按结构又可分为整体式结构和模块式结构两大类。整体式结构的镗铣类数控工具系统中，将每把工具的柄部与夹持刀具的工作部分连成一体，不同品种和规格的工作部分都必须加工出一个能与机床相连接的柄部，这样使得工具的规格、品种繁多，给生产、使用和管理带来诸多不便。模块式工具克服了整体式工具的不足之处，显出其经济、灵活、快速、可靠的特点，它既可用于加工中心和数控镗铣床，又适用于柔性加工系统(FMS和FMC)。国外(主要是德国、瑞典)开发了多种多样的模块式工具系统，有些工作模块与切削刀具做成一体(成为带有刀具的工作模块)，国外属于这种类型的工具系统主要有以下几种：德国瓦尔特(Walter)公司的Novex工具系统，高迈特(Komet)公司的ABS工具系统，赫尔特(Hertel)公司的MC 工具系统，克虏伯(Krupp)公司与肯纳金属(Kennametal)公司的Widaflex(KM)工具系统以及瑞典山特维克(Sandvik)公司的Varilock工具系统和Capto工具系统。 1 国外先进的数控工具系统(a)Novex(b)Novex-Radial(c)ABS(d)MC(e)Widaflex(KM)(f)Rotaflex(g)Varilock(轴向拉紧)(h)Varilock(径向拉紧)接口图1Novex 工具系统Novex 工具系统是由德国Walter公司开发的，其接口型式为圆锥定心，锥孔、锥体与所在模块同轴，轴线上用螺钉拉紧，锥孔端面与锥孔轴线垂直，锥体根部环形端面与锥体轴线垂直，并可与锥孔端面贴合，如图(a)所示。锥孔锥角略大于锥体锥角，造成结合时小端接触，拉紧后接触区会产生弹性变形。直至端面贴合、压紧为止。锥体中间的同轴孔有易于变形且不影响螺纹松紧的作用，锥度配合面的角度差可大到20。端面互相压紧后首先是外缘相接触，为此至少有一个端面是轻微内凹的(或在端面大径区有一条轻微轴向高出端面的接触带)。上述结构，系轴向拉紧，使用中组装不太方便。Walter公司于1989年又推出径向锁紧的Novex-RADIAL结构，如图(b)所示。其接口部分包括互相嵌合的锥度部分及轴向延伸的拉钉，接纳孔的一端由端面、定心锥孔和夹紧装置组成。延伸拉钉上有个角度很大的锥面(与回转轴线同心)。锁紧元件在双头螺钉带动下开合移动，其上有锥形锁紧面以使与拉钉上的锥面贴合，内、外锥度表面和拉钉的轴线都要与旋转轴线重合。夹紧元件由双头螺栓传动，螺栓轴线位于拉钉蘑菇头的上方。1 ABS工具系统 ABS工具系统是由德国KOMET公司开发的，如图(c)所示，其接口型式为两模块之间有一段圆柱配合，起定心作用。在配合孔的一端，同一直径上有两个螺孔，孔中分别装带有圆锥头和圆锥坑的螺钉。在轴线的垂直方向上有一横向孔，孔中有一夹紧销可沿轴向滑动，夹紧销的两端制成圆锥头(或圆锥坑)与螺钉的端部相适应，螺钉与夹紧销的轴线之间有一偏心距离，以达到轴向压紧的目的。KOMET公司1990 年又将ABS工具系统做了少许改动，申请了新的专利。其核心内容是改进了配合孔壁厚，以增加径向夹紧锁轴向受力时孔的弹性，从而增加配合部位的轴与孔的公差带宽度。这样，夹紧后套筒在滑动轴线的横向，由于弹性变形局部直径变小而压向配合轴所对应的区域。1 MC工具系统 MC工具系统是由德国HERTEL公司于1989 年开发的，如图(d)所示，其接口的定心方式与ABS 相同，夹紧方式相仿，把锥面、锥孔接触改为可转动钢球与夹紧销斜面的面接触。斜面与夹紧销轴向夹角约25，钢球与螺钉之间有弹簧可使球上斜面复位。为了弥补轴向夹紧分力小的弱点，接触的环行端面上做出Hirth齿(Hertel公司FTS系统的成熟技术)，其中间的夹紧销用硬质合金制造。1 Widaflex UTS(美国叫KM)工具系统 Widaflex UTS工具系统是由德国KRUPP公司与美国KENNAMETAL公司合作开发的一种新的工具系统，如图(e)所示，其接口是用圆锥定心(锥角543)端面压紧来保证轴向定位精度并加大刚度。当夹紧时，移动中间拉杆，由于拉杆上斜坡的作用，使两钢球方向相反地压在空心柄薄壁的斜孔孔壁上，使空心柄扩张，紧贴装夹孔，并产生轴向拉紧力，使端面压紧，从而提高轴向连接精度与刚度。1 Varilock工具系统 Varilock工具系统是由瑞典SANDVIK公司于1980年研制成的轴向拉紧工具系统，如图(g)所示，它是双圆柱配合，起导向及定心作用，用中心螺钉拉紧，模块装卸显得不太方便。1988年该公司研制成径向锁紧的Varilock工具系统，如图(h)所示。连接接口包括：一个有内导向面的孔及与之配合的接头(双圆柱面)，接头端部突出一个两面带齿的扁尾。齿形分布在轴线两侧。内导向面两侧有两个螺母，这两个螺母位于垂直于内导向面的同一轴线上，可相向和背向滑动，每个螺母都有一端制出相应于扁尾的齿形，夹紧螺栓与螺母位于同一轴线上，并穿过扁尾。齿形单面接触，产生轴向压紧力，使接口连接在一起。1 Capto工具系统 Capto工具系统是由瑞典SANDVIK公司1990年开发的，定心采用弧面的三棱锥，夹紧是从三棱锥内部拉紧，使端面紧密贴合。这种接口刚性好，传递扭矩大。但制造时设备要求高，必须用许多数控机床才能实现。据介绍，这种工具系统可用于车削，也可用于镗、铣加工，是一种万能型的工具系统。2 镗铣类模块式工具系统的选用原则选用时应遵循以下原则： 1 看模块接口的连接精度、刚度能否满足使用要求。因为有些工具系统模块连接精度很好，结构又简单，使用很方便，如图(f)中的Rotaflex工具系统作为精加工(如坐标镗床用)效果挺好，但在既要粗加工又要精加工时，就不是最佳选择，在刚性和拆卸方面都会出现问题。1 所选用的结构国内是否有生产厂家？属于国外专利的模块结构，生产厂家是否已取得生产许可？专利产品在未取得生产许可也未与外商合作生产的情况下，是不能仿制成商品销售的。因此除非是使用厂多年来一直采用某一国外结构，需要补充购买相同结构的模块式工具外，刚开始选用模块式工具的厂家最好选用国内独立开发的新型模块式工具为宜，因为经检测国内独立开发的新型模块接口，在连接精度、动刚度、使用方便性等方面均已达到较高水平。1 在机床上使用时，模块接口是否需要拆卸？在重型行业应用时，往往只需更换前部工作模