專利名稱：一種高平衡精度的hsk刀柄的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機械加工領域，特指一種能夠自身預平衡的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，特別適用于 高速高效加工的機床。
背景技術：
隨著高速電主軸的制造與控制技術的發(fā)展，高速加工已成為機械加工的發(fā)展趨 勢，其應用領域越來越廣。高速加工機床的主軸轉速比傳統(tǒng)機床主軸轉速高出十倍甚至更 多，由此對高速旋轉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 鍵部件，其動平衡精度直接影響高速加工的質量、效率、主軸軸承和刀具壽命等。傳統(tǒng)的BT 刀柄由于結構設計的缺陷已經(jīng)不能滿足高速加工的要求，一批新型結構的刀柄由此應運而 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)結精度和聯(lián)結剛度。HSK刀柄成為目前應用最為廣泛的高 速加工刀柄。然而，由于HSK刀柄的結構不對稱，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)品質量。高速數(shù)控刀柄的結構、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標準制造的HSK高速數(shù)控刀柄，其結構本身 的不對稱造成的不平衡量是主要的，而制造工藝導致的不平衡量是次要的。以HSK-A63為 例，因結構本身的不對稱造成的動平衡精度高達G200，而實際使用中HSK刀柄的動平衡精 度應控制在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備進行不平衡量和相位檢測，然后采用去重法，在另外一 臺加工設備上將刀柄特定表面和相位的材料去除，進而減少不平衡量，使其達到規(guī)定的動 平衡精度?，F(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。國外科學家通過試驗發(fā)現(xiàn)，由不同操作者對同一把質量為0. 87KG 的HSK-A63刀柄的整體刀具進行多次測量，得出的不平衡量最小為4176gmm，最大為 10155gmm，對應在使用轉速η = 15000r/min時的動平衡精度分別為G9和G19，G值的分散 范圍接近10。由此可見，要保證HSK-A63刀柄的動平衡精度G2.5是相當困難的。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)行標準制造的 高速數(shù)控刀柄，因結構不對稱設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)明內容本實用新型的目的是通過對現(xiàn)有的HSK刀柄的結構改進，消除HSK刀柄因設計產(chǎn)
3生的不平衡量，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。本實用新型的技術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 實用新型在不影響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平衡孔A和B，達到消除原HSK刀柄因結構不對稱產(chǎn)生的不平 衡量的效果。使用兩個預平衡孔可以克服使用一個預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。預平衡孔A位于傳遞扭矩的短鍵槽一側，其 中心與側面鍵槽下端的半圓弧中心重合；預平衡孔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。本實用新型相關功能參數(shù)可以參照下面數(shù)據(jù)選擇預平衡孔A的直徑ΦΑ比側面鍵槽的寬度小1 3mm ；預平衡孔B的直徑ΦΒ與數(shù) 據(jù)載體孔相同；預平衡孔A和預平衡孔B的深度1^和hB與原HSK刀柄的不平衡量有關，可 以根據(jù)下面的動平衡等效關系確定MXX = HIAXXMXY = mBXy這里M為整個刀柄的質量，X，Y為刀柄的質心坐標，mA, mB分別為預平衡孔A和B 去除的材料質量，X為分別為預平衡孔A的中心在X軸上的坐標，y為分別為預平衡孔B的 中心在Y軸上的坐標B.本實用新型具有以下優(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)預平衡后，能達到很高動平衡精度(G2.5以內)。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“刀具動平衡技術的發(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，本實用新型也可大幅度地減小原設計所產(chǎn)生的不平衡量，顯 著地提高動平衡效率。原設計的HSK刀柄的原始動平衡精度只有大約G200，而本實用新型 的原始動平衡精度可以控制在G2. 5以內，大大減少了原始不平衡量。(3)制造工藝簡單。兩個預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)工藝進行調整。(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預平衡孔A位置圖2預平衡孔B位置1.短鍵槽2.側面鍵槽3.預平衡孔A 4.數(shù)據(jù)載體孔5.預平衡孔B具體實施方式
下面以HSK-50A刀柄為例介紹，具體實施例詳細說明如下如圖1和圖2所示，本實施例的相關功能參數(shù)為鍵槽寬度為12mm，對應于位于傳遞扭矩的短鍵槽1 一側的預平衡孔A的直徑ΦΑ =11mm,按原HSK刀柄的原始不平衡量和動平衡等效關系確定預平衡孔A的深度hA = 1. 45mm ；位于數(shù)據(jù)載體孔的對稱位置的預平衡孔B的直徑ΦΒ = 10mm,按原HSK刀柄的原 始不平衡量和動平衡等效關系確定預平衡孔B的深度hB = 3. 57mm。兩個預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，對應在極限轉速下的動平衡精度G160。本實用新型的HSK-50A刀柄原始不平衡量為X軸方向的不平衡量0. 10mm. g，Y軸 方向的不平衡量0. 13mm. g，對應在極限轉速下的動平衡精度為GO. 8。由此可見，本實用新型的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平衡孔，消除原HSK刀柄因結構不對稱產(chǎn)生的不平衡量；兩個預平衡孔軸線相互垂直。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高平衡精度的HSK刀柄，其特征是，所述兩個預平衡孔為 預平衡孔A(3)和預平衡孔B(5)，所述預平衡孔A(3)位于傳遞扭矩的短鍵槽(1) 一側，預平 衡孔A(3)的中心與側面鍵槽(2)下端的半圓弧中心重合；所述預平衡孔B(5)位于數(shù)據(jù)載 體孔(4)的反方向，預平衡孔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，所述預平衡孔A(3) 的直徑尺寸比側面鍵槽⑵下端的半圓弧的直徑小1 3mm，所述預平衡孔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，所述預平衡孔的 深度由原始不平衡量和動平衡等效關系式確定MXX = mAXxMXY = mBXy其中，M為整個刀柄的質量，X，Y為刀柄的質心坐標，mA, mB分別為預平衡孔A和B去除 的材料質量，χ為預平衡孔A的中心在X軸上的坐標，y為預平衡孔B的中心在Y軸上的坐 標B0
專利摘要本實用新型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平衡孔，消除了HSK刀柄因不對稱的結構而設計產(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刀柄在不進行動平衡的情況下，即可達到G2.5的平衡精度要求，滿足實際生產(chǎn)的需要。本實用新型可降低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，可廣泛地應用在高速、精密加工領域。
文檔編號B23B27/00GK201693195SQ20102904416
公開日2011年1月5日 申請日期2010年3月2日 優(yōu)先權日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