CNC加工中心有哪些不同的刀柄,你知道吗?

机电技术与设计制造交流分享会2020-10-16 14:09:16

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CNC加工中心有哪些不同的刀柄,你知道吗?

刀柄是机械主轴与刀具和其它附件工具连接件。

外文名:The handle


BT刀柄中的7:24是什么意思?

BT、NT、JT、IT、CAT是什么标准?



如今数控机床在工厂里得到了广泛的应用,这些机床和使用的工具来自世界各地,有着不同的型号和标准。今天和大家聊一聊关于加工中心刀柄的知识。


数控铣刀刀柄刀套的设计原理,好清晰直观!


数控铣刀刀柄刀套的设计原理,好清晰直观!


        刀柄是机床和刀具的连接体,刀柄是影响同心度和动平衡一个关键环节,千万不能将它当成一般的部件来看待。同心度可以决定刀具在旋转一周的情况下各切刃部分的切削量是否均匀;在主轴旋转时动不平衡将产生周期性的震动。



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根据主轴锥孔分两大类


按加工中心主轴装刀孔的锥度通常分为两大类:

  • 锥度为7: 24的SK通用刀柄

  • 锥度为1: 10的HSK真空刀柄



▌ 锥度为7: 24的SK通用刀柄

    7:24指的是刀柄锥度为7:24,为单独的锥面定位,锥柄较长。锥体表面同时要起两个重要作用,即刀柄相对于主轴的精确定位以及实现刀柄夹紧。




Ÿ优点:不自锁,可以实现快速装卸刀具;制造刀柄只要将锥角加工到高精度即可保证连接的精度,所以刀柄成本相对较低。


缺点:在高速旋转时主轴前端锥孔会发生膨胀,膨胀量的大小随着旋转半径与转速的增大而增大,锥度连接刚度会降低,在拉杆拉力的作用下,刀柄的轴向位移也会发生改变。每次换刀后刀柄的径向尺寸都会发生改变,存在着重复定位精度不稳定的问题。


锥度为7:24的通用刀柄通常有五种标准和规格:

1. 国际标准 IS0 7388/1 (简称IV或IT)

2. 日本标准 MAS BT(简称BT)

3. 德国标准 DIN 2080型(简称 NT或ST)

4. 美国标准 ANSI/ASME(简称CAT)

5. DIN 69871 型(简称JT、DIN、DAT或者DV)


拉紧方式:

NT型刀柄是在传统型机床上通过拉杆将刀柄拉紧,国内也称为ST;其它四种刀柄均是在加工中心上通过刀柄尾部的拉钉将刀柄拉紧。


通用性:

1)目前国内使用最多的是DIN 69871型(即JT)和日本MAS BT 型两种刀柄;

2)DIN 69871型的刀柄还可以安装在ANSI/ASME主轴锥孔的机床上;

3)国际标准IS0 7388/1型的刀柄还可以安装在DIN 69871型、ANSI/ASME主轴锥孔的机床上,所以就通用性而言,IS0 7388/1型的刀柄是最好的。


▌ 锥度为1: 10的HSK真空刀柄


HSK真空刀柄靠刀柄的弹性变形,不但刀柄的1:10锥面与机床主轴孔的1:10锥面接触,而且使刀柄的法兰盘面与主轴面也紧密接触,这种双面接触系统在高速加工、连接刚性和重合精度上均优于7:24的通用刀柄。




HSK真空刀柄能够提高系统的刚性和稳定性以及在高速加工时的产品精度,并缩短刀具更换的时间,在高速加工中发挥很重要的作用,其适应机床主轴转速达到60,000转/分。HSK工具系统正在被广泛用于航空航天、汽车、精密模具等制造工业之中。


HSK刀柄有A型、B型、C型、D型、E型、F型等多种规格,其中常用于加工中心(自动换刀)上的有A型、E型和F型。


A型和E型的最大区别:

1. A型有传动槽而E型没有。所以相对来说A型传递扭矩较大,相对可进行一些重切削。而E型传递的扭矩就比较小,只能进行一些轻切削。

2. A型刀柄上除有传动槽之外,还有手动固定孔、方向槽等,所以相对来说平衡性较差。而E型没有,所以E型更适合于高速加工。E型和F型的机构完全一致,它们的区别在于:同样称呼的E型和F型刀柄(比如E63和F63),F型刀柄的锥部要小一号。也就是说E63和F63的法兰直径都是φ63,但F63的锥部尺寸只和E50的尺寸一样。所以和E63相比, F63的转速会更快(主轴轴承小)。



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刀柄的装刀形式


▌ 弹簧夹头刀柄


主要用于钻头、铣刀、丝锥等直柄刀具及工具的装夹,卡簧弹性变形量1mm,夹持范围在直径 0.5~32mm。



▌ 液压夹头


A- 锁紧螺钉,使用内六角扳手将锁紧螺钉拧紧;

B- 锁紧活塞,将液压媒质压入膨胀室;

C- 膨胀室,受液体挤压产生压力;

D- 薄膨胀衬套,在锁紧过程中使刀具装夹杆中心定位并均匀包络。

E- 特殊密封件,确保理想的密封和长的使用寿命。



▌ 加热刀柄


应用感应加热技术加热刀柄上刀具装夹部位,使它的直径会膨胀,再将冷的刀杆放入热的刀柄。加热刀柄夹紧力大,动平衡好,适合于高速加工。重复定位精度高,一般在2μm以内,径向跳动在5μm以内;抗污能力好,在加工中防干涉能力好。但是,每种规格刀柄只适安装一种柄径的刀具,需配置一套加热设备。


热缩型刀柄装夹原理:




刀柄全面评估比对:




▌ 其他型式刀柄


刀柄作为连接机床和刃具的重要"桥梁",关系着加工精度、刃具寿命、加工效率等的优劣,最终影响加工质量与加工成本。因此,如何正确选择一把合适的刀柄就显得非常重要。


  由于各种加工的要求不尽相同,与之相呼应是不同夹紧方式的刀柄。在这里,对各种刀柄的普遍特点做简单介绍。


弹簧刀柄

  工作原理:利用有锥度的弹簧夹套在轴向移动(锁紧)的过程中逐渐收缩,实现夹紧刃具。


  适用范围:钻头、铰刀、精加工立铣刀等


  特点:夹持范围大;通用性好;精度高(仅限部分厂家)。


  关键点:弹簧夹套是否能够完美均匀收缩是决定跳动精度的关键因素之一;轴承式螺母可大幅降低锁紧时对夹套的扭力。


  弹簧夹套在4D处跳动精度级别代表:20μm以内普通级普通ER夹套;10μm以内精密级精密ER夹套;5μm以内超精密;少数厂家3μm以内顶级高精度NBC夹套。


液压刀柄

  工作原理:利用液压使刀柄内径收缩实现夹紧刃具。


  适用范围:立铣刀、硬质合金钻头、金刚石铰刀等的高精度加工。


  特点:操作方便,只需1根T型扳手即可拧紧,属于所有刀柄中夹持方式最简单的;精度稳定,扭紧力不直接作用于夹持部分,即使新入职的操作人员也可以稳定装夹;完全防水、防尘;防干涉性能好,市面上部分细长型液压刀柄,已可媲美热缩刀柄的防干涉性能。


热缩刀柄

  工作原理:利用刀柄和刃具的热膨胀系数之差,实现夹紧刃具。


  适用范围:干涉条件要求较高的加工场合。


  特点:防干涉性好;夹持范围小,只能夹持一个尺寸的刃具;初期跳动精度较好(随着加热次数的增加下降较快);需专门的加热冷却装置,安全性差,对操作人员要求高。


强力铣刀柄

  工作原理:通过螺母压迫刀柄本体收缩,实现夹持刃具。


  适用范围:立铣刀的重切削。


  特点:高刚性;夹持力强,是所有夹持类刀柄中夹持力最大的;防干涉性不好;(最近也有厂家推出了螺母外径仅为32mm的强力铣刀柄)跳动精度一般,普遍在0.02mm以下,但也有厂家做到了5~10μm。


  要点:弹性形变是否均匀,收缩量是否足够。(夹头加厚设计,可以增加刚性,承受立铣刀的重切削。)


  典型案例:日本大昭和公司制作的强力铣刀柄,采用了非常独特的狭缝结构,可以使夹头均匀变形,拥有强大的夹持力及稳定的跳动精度。


侧固式刀柄

  工作原理:正如其名,通过侧面固定螺丝锁紧刃具。


  适用范围:用于柄部削平的钻头、铣刀等粗加工。


  特点:结构简单,夹紧力大;但精度和通用性较差。


  以上是关于主要刀柄的介绍,整体而言,刀柄行业仍然良莠不齐,虽说刀柄的精度也在不断提高,刀柄品牌在逐渐增多,这为用户提供了更多选择。


  但是,相当一部分用户对于刀柄的重要程度仍然认识不足:过于重视初期成本,而忽视了高品质刀柄可带来的加工效率、加工质量的提升,倾向于选择更廉价刀柄,而非更高品质刀柄,结果反而导致最终加工成本更高,进而制约企业的发展。


  因此,选刀时既要关注不同刀柄的特点,同时更要关注不同品牌刀柄的品质。

可以保证0.001mm的同心精度数控刀柄



数控加工常用刀柄主要分为:钻孔刀具刀柄、镗孔刀具刀柄、铣刀类刀柄、螺纹刀具刀柄和直柄刀具类刀柄。

国内应用的数控机床工具柄部及配用拉钉标准:

1.国家标准GB10944-89《自动换刀机床用7:24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄》

2.国家标准所规定的拉钉,《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》

3.日本标准JIS B6339-1986《加工中心机床用工具柄部及拉钉》

4.国家标准GB3837-83《机床工具7:24圆锥联结》

TSG工具系统中的刀柄,其代号(按1990年国家标准报批稿)由四部分组成,各部分的含义如下:

JT-表示工具柄型代码。

45-对圆锥柄表示锥度规格。

Q32-表示工具的规格。

120-表示刀柄的工作长度。

它所表示的工具为:自动换刀机床用7:24圆锥工具柄(GB10944),锥柄为45号,前部为弹簧夹,最大夹持直径32mm,刀柄工作长度(锥柄大端直径φ57.15mm处到弹簧夹头前端面的距离)为120mm。



数控刀柄类型的特点:

1) 加工曲面类零件时,为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切,而避免刀刃与工件轮廓发生干涉,一般采用球头刀,粗加工用两刃铣刀,半精加工和精加工用四刃铣刀。

2) 铣较大平面时,为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度,一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀。

3) 铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀。

4) 铣键槽时,为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀。

5)孔加工时,可采用钻头等孔加工类刀具。



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