專利名稱：一種高平衡精度的hsk刀柄的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械加工領(lǐng)域，特指一種能夠自身預(yù)平衡的HSK(德文Hohl Schaft Kegel的縮寫，被稱為空心短錐柄)刀柄，用于機床與刀具之間的聯(lián)結(jié)，特別適用于高速高 效加工的機床。
背景技術(shù)：
隨著高速電主軸的制造與控制技術(shù)的發(fā)展，高速加工已成為機械加工的發(fā)展趨 勢，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。高速加工機床的主軸轉(zhuǎn)速比傳統(tǒng)機床主軸轉(zhuǎn)速高出十倍甚至更 多，由此對高速旋轉(zhuǎn)部件的動平衡精度提出了更高的要求。高速數(shù)控刀柄是高速機床的關(guān) 鍵部件，其動平衡精度直接影響高速加工的質(zhì)量、效率、主軸軸承和刀具壽命等。傳統(tǒng)的BT 刀柄由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的缺陷已經(jīng)不能滿足高速加工的要求，一批新型結(jié)構(gòu)的刀柄由此應(yīng)運而 生。HSK(空心短錐)刀柄是新型刀柄的典型代表，具有端面和錐面同時定位的特點，使得 HSK刀柄具有很高的軸向、徑向聯(lián)結(jié)精度和聯(lián)結(jié)剛度。HSK刀柄成為目前應(yīng)用最為廣泛的高 速加工刀柄。然而，由于HSK刀柄的結(jié)構(gòu)不對稱，造成HSK刀柄動平衡工作量大，動平衡精 度不易保證，這直接影響了 HSK刀柄制造效率、制造成本和產(chǎn)品質(zhì)量。 高速數(shù)控刀柄的結(jié)構(gòu)、制造工藝和動平衡過程的分析表明，造成高速數(shù)控刀柄動 平衡工作量較大的主要原因是按IS012164-1標(biāo)準(zhǔn)制造的HSK高速數(shù)控刀柄，其結(jié)構(gòu)本身 的不對稱造成的不平衡量是主要的，而制造工藝導(dǎo)致的不平衡量是次要的。以HSK-A63為 例，因結(jié)構(gòu)本身的不對稱造成的動平衡精度高達(dá)G200，而實際使用中HSK刀柄的動平衡精 度應(yīng)控制在G2.5。 目前在實際生產(chǎn)中，為了提高HSK刀柄動平衡精度，采用的方法是在HSK刀柄出廠 前或使用前，將其在專用動平衡設(shè)備進(jìn)行不平衡量和相位檢測，然后采用去重法，在另外一 臺加工設(shè)備上將刀柄特定表面和相位的材料去除，進(jìn)而減少不平衡量，使其達(dá)到規(guī)定的動 平衡精度。 現(xiàn)有刀柄的動平衡方法存在一些問題。首先，動平衡精度和效率受操作人員的 技術(shù)水平和動平衡機精度的影響，對于一些動平衡精度要求高的產(chǎn)品，動平衡精度和效 率度不容易得到保證。國外科學(xué)家通過試驗發(fā)現(xiàn)，由不同操作者對同一把質(zhì)量為0. 87KG 的HSK-A63刀柄的整體刀具進(jìn)行多次測量，得出的不平衡量最小為4176gmm，最大為 10155gmm，對應(yīng)在使用轉(zhuǎn)速n = 15000r/min時的動平衡精度分別為G9和G19， G值的分散 范圍接近IO。由此可見，要保證HSK-A63刀柄的動平衡精度G2.5是相當(dāng)困難的。其次是增 加了一道動平衡工序，這必然影響了生產(chǎn)效率，增加了生產(chǎn)成本。另外，按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)制造的 高速數(shù)控刀柄，因結(jié)構(gòu)不對稱設(shè)計造成的不平衡量較大，需要多次在刀柄表面上去除材料， 將在刀柄表面留下蜂窩狀的凹坑，這會影響產(chǎn)品外形的美觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過對現(xiàn)有的HSK刀柄的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，消除HSK刀柄因設(shè)計產(chǎn)生的
3不平衡量，提供一種高平衡精度的HSK刀柄，解決HSK刀柄在制造和使用過程中存在的動平
衡工作量大、效率低、精度不易保證，外形不美觀等問題。 本發(fā)明的技術(shù)方案為 針對目前生產(chǎn)的HSK刀柄存在原始不平衡量大，動平衡精度不易保證的問題，本發(fā)明在不影響HSK刀柄的使用性能和外形美觀的前提下，通過在原HSK刀柄的圓柱面上增加兩個軸線相互垂直的預(yù)平衡孔A和B，達(dá)到消除原HSK刀柄因結(jié)構(gòu)不對稱產(chǎn)生的不平衡量的效果。使用兩個預(yù)平衡孔可以克服使用一個預(yù)平衡孔存在的孔的位置不能選擇，孔的深度偏大而影響刀柄的性能和美觀的缺點。預(yù)平衡孔A位于傳遞扭矩的短鍵槽一側(cè)，其中心與側(cè)面鍵槽下端的半圓弧中心重合；預(yù)平衡孔B位于數(shù)據(jù)載體孔的對稱位置，其中心與數(shù)據(jù)載體孔的中心重合。 本發(fā)明相關(guān)功能參數(shù)可以參照下面數(shù)據(jù)選擇 預(yù)平衡孔A的直徑Oa比側(cè)面鍵槽的寬度小1 3mm ;預(yù)平衡孔B的直徑Ob與數(shù)據(jù)載體孔相同；預(yù)平衡孔A和預(yù)平衡孔B的深度hA和hB與原HSK刀柄的不平衡量有關(guān)，可
以根據(jù)下面的動平衡等效關(guān)系確定
MXX = mAXx
MXY = mBXy 這里M為整個刀柄的質(zhì)量，X， Y為刀柄的質(zhì)心坐標(biāo)，mA， mB分別為預(yù)平衡孔A和B
去除的材料質(zhì)量，x為分別為預(yù)平衡孔A的中心在X軸上的坐標(biāo)，y為分別為預(yù)平衡孔B的
中心在Y軸上的坐標(biāo)B. 本發(fā)明具有以下優(yōu)點 (1)動平衡精度高，生產(chǎn)成本低。在HSK刀柄生產(chǎn)工藝穩(wěn)定的情況下，高速數(shù)控刀柄經(jīng)預(yù)平衡后，能達(dá)到很高動平衡精度(G2. 5以內(nèi))。在許多場合下，即使取消HSK刀柄制造過程中的動平衡工序，這種HSK刀柄的動平衡精度仍然可以滿足使用要求，這有利于降低生產(chǎn)成本。文獻(xiàn)"刀具動平衡技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀"指出，HSK刀柄的動平衡精度G2. 5難于保證，甚至的動平衡精度G6. 3也不容易達(dá)到。 (2)減少了動平衡工作量，提高了動平衡效率。即使在高速數(shù)控刀柄生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定或動平衡精度要求很高時，本發(fā)明也可大幅度地減小原設(shè)計所產(chǎn)生的不平衡量，顯著地提高動平衡效率。原設(shè)計的HSK刀柄的原始動平衡精度只有大約G200，而本發(fā)明的原始動平衡精度可以控制在G2. 5以內(nèi)，大大減少了原始不平衡量
(3)制造工藝簡單。兩個預(yù)平衡孔的加工可以安排在原制造工序中，不需要增加生
產(chǎn)設(shè)備，也不增加生產(chǎn)工序，因此基本上不需要對原生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整。 (4)HSK刀柄外形更美觀。由于可以取消動平衡工序或只要少量地去除不平衡量，
這有利于保持刀柄外形的完整性。


圖1預(yù)平衡孔A位置
圖2預(yù)平衡孔B位置 1.短鍵槽2.側(cè)面鍵槽3.預(yù)平衡孔A 4.數(shù)據(jù)載體孔5.預(yù)平衡孔B
具體實施例方式
下面以HSK-50A刀柄為例介紹，具體實施例詳細(xì)說明如下
如圖1和圖2所示，本實施例的相關(guān)功能參數(shù)為 鍵槽寬度為12mm，對應(yīng)于位于傳遞扭矩的短鍵槽1 一側(cè)的預(yù)平衡孔A的直徑Oa=llmm，按原HSK刀柄的原始不平衡量和動平衡等效關(guān)系確定預(yù)平衡孔A的深度hA =1. 45mm ; 位于數(shù)據(jù)載體孔的對稱位置的預(yù)平衡孔B的直徑Ob = lOmm，按原HSK刀柄的原
始不平衡量和動平衡等效關(guān)系確定預(yù)平衡孔B的深度hB = 3. 57mm。 兩個預(yù)平衡孔可以安排在原加工數(shù)據(jù)載體孔的工序中一并加工出來。 實施效果比較 原HSK-50A的原始不平衡量X軸方向的不平衡量為21. 84mm. g， Y軸方向的不平衡量為48. 51mm. g，對應(yīng)在極限轉(zhuǎn)速下的動平衡精度G160。 本發(fā)明的HSK-50A刀柄原始不平衡量為X軸方向的不平衡量O. 10mm. g，Y軸方向的不平衡量0. 13mm. g，對應(yīng)在極限轉(zhuǎn)速下的動平衡精度為GO. 8。 由此可見，本發(fā)明的HSK刀柄的原始不平衡量很小，動平衡精度很高，在制造工藝穩(wěn)定的情況下可以不經(jīng)過動平衡工序即可滿足使用要求。
權(quán)利要求
一種高平衡精度的HSK刀柄，其特征是，在原刀柄圓柱面上增加了兩個預(yù)平衡孔，消除原HSK刀柄因結(jié)構(gòu)不對稱產(chǎn)生的不平衡量；兩個預(yù)平衡孔軸線相互垂直。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高平衡精度的HSK刀柄，其特征是，所述兩個預(yù)平衡孔為 預(yù)平衡孔A(3)和預(yù)平衡孔B(5)，所述預(yù)平衡孔A(3)位于傳遞扭矩的短 鍵槽(1) 一側(cè)，預(yù)平 衡孔A(3)的中心與側(cè)面鍵槽(2)下端的半圓弧中心重合；所述預(yù)平衡孔B(5)位于數(shù)據(jù)載 體孔(4)的反方向，預(yù)平衡孔B(5)的中心與數(shù)據(jù)載體孔(4)的中心重合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高平衡精度的HSK刀柄，其特征是，所述預(yù)平衡孔A(3) 的直徑尺寸比側(cè)面鍵槽(2)下端的半圓弧的直徑小1 3mm，所述預(yù)平衡孔B(5)的直徑尺 寸數(shù)據(jù)載體孔(4)直徑相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高平衡精度的HSK刀柄，其特征是，所述預(yù)平衡孔的 深度由原始不平衡量和動平衡等效關(guān)系式確定MXX = mAXx MXY = mBXy其中，M為整個刀柄的質(zhì)量，X， Y為刀柄的質(zhì)心坐標(biāo)，mA， mB分別為預(yù)平衡孔A和B去除 的材料質(zhì)量，x為預(yù)平衡孔A的中心在X軸上的坐標(biāo)，y為預(yù)平衡孔B的中心在Y軸上的坐 標(biāo)B。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高平衡精度的HSK刀柄，用于機床與刀具之間連接，特別適用于高速、精密加工機床。它是在不影響HSK刀柄的使用性能和外形美觀的前提下，在特定的表面和方位上增加了兩個預(yù)平衡孔，消除了HSK刀柄因不對稱的結(jié)構(gòu)而設(shè)計產(chǎn)生的較大不平衡量，解決了HSK刀柄在制造中存在的動平衡工作量大、效率低、精度不易保證，外形不美觀等問題。這種高平衡精度的HSK刀柄在不進(jìn)行動平衡的情況下，即可達(dá)到G2.5的平衡精度要求，滿足實際生產(chǎn)的需要。本發(fā)明可降低HSK刀柄制造成本，有效的減少主軸精密軸承的振動、提高刀具的使用壽命，可廣泛地應(yīng)用在高速、精密加工領(lǐng)域。
文檔編號B23B27/00GK101786174SQ201019026139
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者劉鋼, 宋志鵬, 楊志杰, 王樹林, 王貴成, 聶文武 申請人:上海工具廠有限公司;江蘇大學(xué)