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常规数控车床刀具刀柄
日期：2010年01月29 来源：沈阳第一机床厂 关键字：数控车床
常规数控刀具刀柄均采用7：24圆锥工具柄，并采用相应型式的拉钉拉紧结构。目前，在我国应用较为广泛的标准有国际标准IS07388—1983、数控车床中国标准GBl0944—1989、日本标准MAS404—1982美国标准ANSI／ASM B5．50—1985。
1．整体式数控刀具系统
整体式刀具系统种类繁多，基本能满足各种加工需求。沈阳机床一厂其标准为JB／GQ5010—1983《TSG工具系统型式与尺寸》。TSG工具系统中的刀柄，其代号由4部分组成，各部分的含义例如，JT45一Q32—120表示的工具为： 自动换刀机床用7：24圆锥工具柄(GB／T10944—1989)，锥柄号45号，前部为弹簧夹头，最大夹持直径32mm，刀柄工作长度120mm。
2．模块式数控刀具系统
所谓“模块式”是将整体式刀杆分解成柄部(主柄)、中间联接块(连接杆)、工作部(工作头)三个主要部分(即模块)，然后通过各种联接结构，在保证刀杆联接精度、刚性的前提下，数控车床将这三部分联接成一整体。
使用者可根据加工零件的尺寸、精度要求、加工程序、加工工艺，利用这三部分模块，任意组合成钻、铣、镗、铰及攻螺纹的各种工具进行切削加工。模块式工具刀柄克服了整体式工具刀柄功能单一、加工尺寸不易变动的不足，显示出其经济、灵活、快速、可靠的特点。
工作头有弹簧夹头、莫氏锥孔、钻夹头、铰刀、立铣刀、沈阳机床一厂面铣刀、镗刀(微调、双刃等)等多种。可根据不同的工艺要求，选用不同功能和规格的工作头。
3．常规7：24锥度刀柄存在的问题
高速加工要求确保高速下主轴与刀具的联接状态不发生变化。但是，传统主轴的7：24前端锥孔在高速运转的条件下，由于离心力的作用会发生膨胀，膨胀量的大小随着旋转半径与转速的增大而增大；但是与之配合的7：24实心刀柄则膨胀量较小，因此总的锥度联接刚度会降低，在拉杆拉力的作用下，数控车床刀具的轴向位置也会发生改变。主轴锥孔的“喇叭口”状扩张，还会引起刀具及夹紧机构质心的偏离，从而影响主轴的动平衡。要保证这种联接在高速下仍有可靠的接触，需有一个很大的过盈量来抵消高速旋转时主轴锥孔端部的膨胀，例如标准40号锥需初始过盈量为15—20txm，再加上消除锥度配合公差带的过盈量(AT4级锥度公差带达131xm)，因此这个过盈量很大。这样大的过盈量要求拉杆产生很大的拉力，这样大的拉力一般很难实现。就是能实现，对快速换刀也非常不利，同时对主轴前轴承也有不良的影响。
高速加工对动平衡要求非常高，不仅要求主轴组件需精密动平衡(GO．4级以上)，而沈阳机床一厂且刀具及装夹机构也需精确动平衡。但是，传递转矩的键和键槽很容易破坏这个动平衡。而且标准的7：24锥柄较长，很难实现全长无间隙配合，一般只要求配合面前段70％以上接触。因此配合面后段会有一定的间隙，数控车床该间隙会引起刀具的径向圆跳动，影响主轴部件整体结构的动平衡。
键是用来传递转矩和进行圆周方向定位的，为解决键及键槽引起的动平衡问题，最近已研究出一种新的刀／轴联接结构，实现在配合处产生很大的摩擦力以传递转矩，并用在刀柄上作标记的方法实现安装的周向定位，达到取消键的目的。用三棱圆来传递转矩，也可以解决动平衡问题。
主轴与刀具的联接必须具有很高的重复安装精度，以保持每次换刀后的精度不变。否则，即使刀具进行了很好的动平衡也无济于事。稳定的重复定位精度有利于提高换刀速度和保持高的工作可靠性。沈阳机床一厂另外，主轴与刀具的联接必须有很高的联接刚度及精度，同时也希望对可能产生的振动有衰减作用等。
标准的7：24锥度联接有许多优点：不自锁，数控车床可实现快速装卸刀具；刀柄的锥体在拉杆轴向拉力的作用下，紧紧地与主轴的内锥面接触，实心的锥体直接在主轴内锥孔内支承刀具，可以减小刀具的悬伸量；这种联接只有一个尺寸，即锥角需加工到很高的精度，所以成本较低，而且使用可靠，多年来应用非常广泛。
但是，7：24锥度联接也有一些不足：
1)7：24联接锥度较大，锥柄较长，锥体表面同时要起两个重要的作用，即刀具相对于主轴的精确定位及实现刀具夹紧并提供足够的联接刚度。由于它不能实现与主轴端面和内锥面同时定位，所以标准的7：24 yJ／轴锥度联接，在主轴端面和刀柄法兰端面间有较大的间隙。在ISO标准规定7：24锥度配合中，主轴内锥孔的角度偏差为“—”，刀柄锥体的角度偏差为“+”，以保证配合的前段接触。所以它的径向定位精度往往不够高，数控车床在配合的后段还会产生间隙。如典型的AT4级(1S01947，GB／T 11334—1989)锥度规定角度的公差值为13txm，沈阳机床一厂这就意味着配合后段的最大径向间隙高达131xm。这个径向间隙会导致刀尖的跳动和破坏结构的动平衡，还会形成以接触前端为支点的不利工作情况。当刀具所受的弯矩超过拉杆轴向拉力产生的摩擦力矩时，刀具会以前段接触区为支点摆动。在切削力作用下，刀具在主轴内锥孔的这种摆动，会加速主轴锥孔前段的磨损，形成喇叭口，引起刀具轴向定位误差。7：24锥度联接的刚度对锥角的变化和轴向拉力的变化也很敏感。当拉力增大4—8倍时，数控车床联接的刚度可提高20％—50％。但是，在频繁的换刀过程中，过大的拉力会加速主轴内孑L的磨损，使主轴内孔膨胀，影响主轴前轴承的寿命。
2)在高速旋转时 主轴端部锥孔的扩张量大于锥柄的扩张量。对于自动换刀(ATC)
来说，每次自动换刀后，刀具的径向尺寸都可能发生变化，沈阳机床一厂存在着重复定位精度不稳定的问题。由于刀柄锥部较长，也不利于快速换刀和减小主轴尺寸。
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