现代机械加工对刀具的要求

绪言

21 世纪的社会、产业结构将向着循环经济型、节省能源型、高度信息型迅速变化发展。这就

 

将会对机械加工提出更高的要求。也就意味着加工机器、加工工具也将迅速走向高精度化、
高效率化，实现高度信息化、智能化，从而适应社会的保护环境、节省能源的要求。

作为加工主体的加工机器，随着机械要素及 NC 技术的发展高速、高精度化得到迅速地普
及。这是因为高速加工不但可以提高加工效率、降低成本，而且可以提高加工精度，适应
以前作为难题的淬火钢等难削材料的加工。在刃具方面，硬质合金刃具越来越普及，并且
适合高速加工的 CBN、金刚石刃具，DLC 涂层等也不断被开发使用。而刀具装在加工机器
与刃具之间，起着保持刃具的作用。所以高速加工不但要求刃具自身具有良好的刚性、柔
性、动平衡性及操作性，同时对在与机器主轴连接时的刚性和连接精度、在保持刃具时的
把持力和把持精度及其它各方面都提出了严格的要求。以下本文就高速、高精度加工时刀

 

具应该具备的条件作一些具体的分析。

两面定位系统

首先是刀具与主轴间的连接问题，也就是主轴系统。现在市场上最多的仍是 7/24 的主轴系
统。包括 ISO、DIN、BT 等都属于此类。但如前所述，随着机械加工的高速化的发展，这种
系统出现了许多的问题:

刚性不足-刀柄的法兰面与主轴端面间有间隙
ATC 的重复精度不稳定-每次自动换刀后，刀具的径向尺寸都可能发生变化。
轴向尺寸不稳定-主轴转动时因受离心力的作用而内孔增大，刀具的轴向尺寸发生变化
刀柄锥部较长-不利于快速换刀及机器的小型化

针对这些问题，一些刀具厂家及研究机构开发了两面定位的主轴系统。也就是使刀柄与主
轴内孔锥面、端面同时贴紧的一种新的连接方式。其中有代表性的是日本大昭和精机(BIG)
的 BIG-PLUS 系统(图 1)和德国标准的 HSK 系统(图 2)。

BIG-PLUS 系统的锥度仍是 7/24，其设计原理是

将刀柄装入主轴时(锁紧前)端面间的间隙减小(#40:　0.2mm±0.005)。
锁紧后利用主轴内孔的弹性膨胀补偿此间隙,

 

使刀柄与主轴端面贴紧。

这样产生的效果是:

与主轴的接触面积增大-刚性增强、振动衰减效果提高。
ATC 的重复精度提高-端面的矫正作用。
轴向尺寸稳定-显示端面的定位作用。

因为 BIG-PLUS 系统的锥度仍是 7/24，锁紧机构也一样，所以它和一般的系统(非两面定
位)之间有互换性。这也是 BIG-PLUS 系统能得到迅速普及的一个原因。