高速加工工具系統(tǒng)

1、高速加工工具系統(tǒng)（程學(xué)亮研機(jī)制12s1203006）摘要：摘要：本文介紹了高速加工的技術(shù)特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外高速加工工具系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研究情況。此外，還介紹了高速加工工具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并著重介紹了HSK工具系統(tǒng)的性能、力學(xué)模型、動(dòng)平衡。最后指出了高速加工工具系統(tǒng)存在的問(wèn)題以及今后的研究方向。關(guān)鍵字關(guān)鍵字:高速加工系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)性能；力學(xué)模型；動(dòng)平衡1引言引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械制造技術(shù)朝著高速、低消耗、優(yōu)質(zhì)和高精度的方向邁進(jìn)。高速加工與精密加

2、工、高能束加工、柔性自動(dòng)化加工一起，構(gòu)是成了當(dāng)今機(jī)械制造中的四大先進(jìn)制造技術(shù)。高速加工工具系統(tǒng)是高速加工機(jī)床的重要組成部分，其性能直接影響高速加工的質(zhì)量與效率，收到了各國(guó)機(jī)械工程界和相關(guān)學(xué)者的高度重視。為了提高制造業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，世界各國(guó)，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家投入了大量人力物力用于研究、開(kāi)發(fā)適于高速加工的工具系統(tǒng)。高速加工是一個(gè)動(dòng)態(tài)概念，其中高速切削是高速加工的一個(gè)重要組成部分，它主要有一下特點(diǎn)：（1）能獲得較高的加工精度。（2）能獲得

3、較高的加工表面完整性。（3）加工能耗低、節(jié)省制造資源。（4）能有效抑制切削振動(dòng)的影響，降低加工表面粗糙度。（5）能加工各種難加工材料。（6）降低加工成本。目前高速加工已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)和航空制造業(yè)，汽車、模具制造業(yè)，精密機(jī)械工業(yè)等。高速加工是制造技術(shù)中的一項(xiàng)新技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域廣，對(duì)制造業(yè)的影響大，它是新材料技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和精密制造技術(shù)等多項(xiàng)綜合應(yīng)用發(fā)展的結(jié)果。高速加工的關(guān)鍵技術(shù)為：（1）高速切削機(jī)理。（2）高速切削刀具技術(shù)。（3

4、）高速切削機(jī)床技術(shù)。（4）高速切削工藝技術(shù)。（5）高速加工的測(cè)試技術(shù)。其中，高速機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速加工的基礎(chǔ)，主要包括：（1）高速主軸單元。（2）高速進(jìn)給系統(tǒng)。（3）CNC控制系統(tǒng)。（4）高速刀具與機(jī)床接口技術(shù)。高速加工工具系統(tǒng)包括主軸、刀柄、刀具和加緊機(jī)構(gòu)等，它的核心是連接刀柄。工具系統(tǒng)的性能對(duì)加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、刀具壽命、加工成本都有很大的影響。由于傳統(tǒng)的工具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有考慮到高速加工時(shí)離心力的影響，導(dǎo)致它在精度、剛度、刀具裝卸、安全

5、性等方面產(chǎn)生了一系列問(wèn)題，嚴(yán)重地影響了高速加工質(zhì)量、穩(wěn)定性和安全性，因此，開(kāi)發(fā)出適用于高速加工的新型工具系統(tǒng)是高速加工中必須解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。系統(tǒng)應(yīng)該有較高的剛度特性。工具系統(tǒng)的剛度包括靜剛度和動(dòng)剛度。靜剛度是動(dòng)剛度的基礎(chǔ)。（5）介質(zhì)的傳遞能力精密、高效、自動(dòng)化室現(xiàn)代加工技術(shù)的重要特征。精密高效的切削加工對(duì)切削液的依賴越來(lái)越高，而加工過(guò)程的自動(dòng)化離不開(kāi)加工過(guò)程中各種信號(hào)的傳遞與控制。2.22.2輔助功能要求輔助功能要求1）對(duì)加工環(huán)境具

6、有良好的適應(yīng)性（1）抗化學(xué)腐蝕性能。（2）熱變形補(bǔ)償能力。（3）抗污能力。（4）過(guò)載保護(hù)能力。2）操作方便（1）便于換刀。（2）便于預(yù)調(diào)刀具的調(diào)整和使用。（3）便于刀具的識(shí)別。（4）便于易損件的更換。2.32.3高速加工工具系統(tǒng)截面形狀高速加工工具系統(tǒng)截面形狀2.3.12.3.1高速加工工具系統(tǒng)的縱截面形狀高速加工工具系統(tǒng)的縱截面形狀工具系統(tǒng)的連接功能實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)刀柄在主軸中的準(zhǔn)確定位。對(duì)于旋轉(zhuǎn)刀具，一般需要限制刀具的5個(gè)自由度，而繞主

7、軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度可以不限制。工具系統(tǒng)的定位方案是由其軸向縱截面結(jié)構(gòu)決定的。圖2121為常見(jiàn)工具系統(tǒng)縱截面的形狀的方案，其中圖21(a)～圖21（d）中各刀柄為柱體表面，圖21（e）～21（h）中各刀柄為錐體表面。圖2121常見(jiàn)工具系統(tǒng)縱截面常見(jiàn)工具系統(tǒng)縱截面由于受到制造技術(shù)的限制，早期的刀柄主要采用21（a）與21（c）方案，但柱面刀柄存在刀柄裝卸不方便，刀柄徑向磨損后沒(méi)有自補(bǔ)償能力，不可重磨錐面的缺點(diǎn)。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)床上一般