HSK工具系統(tǒng)的選用

時間：2024-04-09 16:14:05 來源：admin 點擊：0次

在高速切削加工中，根據(jù)加工要求正確、合理地選用HSK刀柄十分重要。在選擇HSK刀柄的型號和規(guī)格時，主要的考慮因素包括：主軸的最高轉(zhuǎn)速、刀柄的結(jié)構(gòu)特點和承載能力、刀具及配套件的普及程度等。

A型有傳動槽，相對來說A型傳遞扭矩較大，可進行一些重切削。A型刀柄除有傳動槽之外，還有手動固定孔、方向槽等，則比較來說平衡性較差。所以轉(zhuǎn)速就相對較低，可在主軸轉(zhuǎn)速為20000～30000r/min的機床上使用。E型沒有傳動槽，傳動的扭矩就比較小，只能進行一些輕切削。而且也沒有手動固定孔、方向槽等，屬于固有對稱型，所以E型更適合于高速加工。F型和E型的區(qū)別在于：同樣標號的F型和E型刀柄（比如F63和E63），F(xiàn)型刀柄的錐部要小一號。也就是說F63和E63的法蘭直徑都是φ63mm，但F63的錐部尺寸只和E50的尺寸一樣。所以F63和E63相比，其主軸軸承小，轉(zhuǎn)速要更快些。HSK工具系統(tǒng)的6種規(guī)格及其應用領(lǐng)域如表所示。

HSK工具系統(tǒng)的6種型號的特點和應用領(lǐng)域

（1）刀柄型號的選擇。由HSK刀柄的結(jié)構(gòu)特點可知，A、B型刀柄主要用于帶有自動換刀裝置機床的中高速加工；C、D型刀柄主要用于采用手動換刀的中高速加工；而E、F型刀柄由于無任何槽和切口的對稱結(jié)構(gòu)，動平衡性較好，因此適用于超高速加工。

國內(nèi)采用DIN6989b-1中的A型和C型標準，如HSK50A、HSK63A、HSK100A等。HSK50和HSK63刀柄的主軸轉(zhuǎn)速可達25000r/min，HSK100刀柄可12000r/min，精密平衡后的HSK刀柄可達40000r/min。隨著轉(zhuǎn)速增加，徑向剛度將有所降低。下圖為HSK與BT錐柄主軸轉(zhuǎn)速與徑向剛度關(guān)系的比較。

HSK與BT錐柄主軸轉(zhuǎn)速與徑向剛度關(guān)系比較

（2）刀柄規(guī)格的選擇。選擇HSK刀柄規(guī)格時，主要應考慮刀柄的承載能力（包括極限彎矩和極限扭矩），應根據(jù)實際加工時切削力產(chǎn)生的彎矩和扭矩，而承載彎矩的能力與夾緊力有關(guān)，實際上刀柄上承受的彎矩是由橫向作用在刀具上的力產(chǎn)生的。刀柄的彎矩承載能力是在彎矩作用下，使刀柄法蘭接觸面的一邊開始分離時的彎矩值，從這個臨界彎矩值開始，彎矩-變形特征曲線的走向明顯變陡，表明刀柄裝夾的連接強度迅速降低。在接近臨界點時，連接強度已經(jīng)不夠，盡管此時刀柄的法蘭面與主軸端面還保持全面接觸，但彎矩已接近使兩者分離的臨界值。這個臨界彎矩的大小主要取決于拉緊力，因此加大拉緊力可以提高最大彎矩。這一點對懸伸較長的刀具有特殊的意義，此時一個較小的切削力就會產(chǎn)生較大的彎矩。但是加大拉緊力會增加作用在刀柄夾緊斜面上的總載荷，尤其是在高使用轉(zhuǎn)速下，由于離心力的作用，內(nèi)部夾爪所施加的夾緊力隨之增加，致使夾緊的可靠性得以提高，但另一方面卻使刀柄最薄的部位承受很大的載荷，導致刀柄損壞。

損壞扭矩的大小與材料密切相關(guān)。如能正確選用材料，則可明顯提高刀柄的承載能力。為了確定刀柄的最大扭矩承載能力，僅做靜態(tài)試驗還不夠，在切削加工中所產(chǎn)生的動態(tài)激振的持續(xù)作用下，刀柄承受扭矩的能力明顯下降。對于所有的材料動態(tài)承載能力大的只有靜態(tài)試驗時的7%。下面僅以HSK-63型刀柄為例對各種規(guī)格的HSK刀柄進行比較。

1）HSK-63A-C型刀柄夾緊力：15kN，18kN，21kN。

2）法蘭端面分離彎矩：420Nm，460Nm，510Nm。

3）滑動扭矩：115～155Nm，138～186Nm，161～218Nm。

4）靜態(tài)試驗破壞扭矩：2200Nm（16MnCr5，56HRC），2400Nm（41Cr4，53HRC），3300Nm（X46Cr13，53HRC）。

5）動態(tài)試驗破壞扭矩：1600Nm（16MnCr5，56HRC），1800Nm（41Cr4，53HRC），2400Nm（X46Cr13，53HRC）。

6）最高使用轉(zhuǎn)速：22500r/min（最小過盈配合），27500r/min（最大過盈配合）。

對于E型結(jié)構(gòu)（不帶鍵槽）的HSK刀柄，可傳遞的最大扭矩是靠刀柄與主軸之間的摩擦實現(xiàn)的，其大小除與錐度配合精度之差有關(guān)外，還取決于拉緊力。一個HSK63號刀柄的滑動扭矩在按照DIN標準推薦的18KN拉緊力情況下為138～186Nm，如果把拉緊力提高到21kN，滑動扭矩大約可提高20%，達161～218Nm。

具體選擇時可查閱相關(guān)手冊，根據(jù)其所列的極限彎矩和極限扭矩來選擇刀柄規(guī)格。下表為HSK刀柄的規(guī)格分布。

HSK刀柄的規(guī)格分布