加工中心的主轴刀把探讨.pdf

加工中心機主軸刀把的探討 壹、前言： 由於我國工具機的發展以日本為主要的跟隨目標，因此 BT 刀把在工具機上是耳熟能 詳的應用刀把之一。 但近幾年來我國工具機外銷比例逐漸增加，各國工具機所採用之刀把 標準不盡相同，這就給製造廠商帶來一些困難和問題。本文根據筆者所收集到的一些相關 標準作一簡要介紹 ，希望有助於增加設計人員對數控工具機刀具常用工具刀柄標準的瞭解 和掌握。 工具機的主軸錐孔通常分為兩大類，即錐度為 7/24的系統和 1/10的系統。目前，工 具機在自動換刀系統上使用最多的刀具刀把錐度仍以 7/24 錐度為主。一般工具機刀把錐 度為 7/24的通用刀柄通常有四種標準和規格分別為 DIN 69871（德國標準）、IS0 7388/1 （國際標準）、MAS BT/JIS B6339-1992（日本標準）以及 ANSI/ASME（美國標準）。手動換 刀之 DIN 2080 NT傳統型（德國標準）仍屬於 7/24 錐度。 另一型錐度為 1/10的兩面拘束刀柄，是由德國阿亨工業大學研發成功之中空短刀把 HSK，列入德國國家標準[1996]DIN 69893-1（如附件一）及 DIN 69893-2。HSK 刀柄的德 國標準是 DIN69873 ，有六種標準和規格 ，即 HSK-A 、 HSK-B 、 HSK-C 、 HSK-D 、 HSK-E和 HSK-F ，常用的有三種 ：HSK-A (帶中通冷卻自動換刀) 、 HSK-C (帶中通冷卻手動換刀) 和 HSK-E(帶中通冷卻自動換刀，高速型)。 依各項標準整理出常用之刀把規格尺寸列入本公司設計之標準參考 ，同時配合德大刀 庫之標準而建立之刀把（附件二）。 在車削中心和車銑中心方面，則以 1：10短錐柄使用較多，主要有三大系統，包括 Sandvik Capto 系統、Kennametal KM 系統及 ICTM 的HSK 系統。在此不談論，相關技術 報導請參考（附件三） 。 Lonnie 技術資料 2 / 2008/3/21 1 貳、各式刀把之介紹 一. 刀把功能 刀把位於切削刀具與主軸之間的介面，主要目的提供作為換刀的介面。其功能： 提供刀把承靠於主軸中心。 提供固定切削刀具用的。 提供換刀機構扣刀的位置。 提供刀把角度方位確認方法。 提供中央噴切削液系統的通路 現今工業界所使用的刀把大部份以 7/24 斜度標準為刀把斜度標準，依刀把之直徑大 小，分為#30、#40、#50 等。其中，以#40 最常被使於高轉速之機台。 當主軸轉速提高之後，錐孔外徑線速到達 30 至 40 m/s時，由於主軸錐孔在高轉速時 會因離心力的關係而造成主軸端錐孔擴張如圖 2-1 所示。導致刀把接合面的接觸面積減 少、增大徑向間隙，降低剛性 、造成顫振與錐孔及刀把的磨損、迴轉精度惡化、刀把夾持 摩擦力降低，使得機器加工精度降低和工件表面粗糙度不一等;其缺點： 軸向精度低-心軸錐孔和刀把僅有斜錐面單面承靠，當主軸在高轉速時，心軸錐 孔會因離心力而擴張，造成刀把軸向位移而使停機時之束緊力加大。 結合剛性低-心軸錐孔和刀把之斜錐角度太大，當主軸在高轉速時，心軸錐孔會 因離心力而擴張， 且隨斜錐角度而擴大其變形量，造成心軸錐孔和刀把之斜錐搭 合面積減少，結合剛性也因而會大幅降低。 不適合高轉速-在高轉速時，刀把錐度無法和心軸錐度精密的貼合。 重量過大且行程太長。 為了改善 7/24的缺點，兩面拘束型式刀具系統，已逐漸發展成形，主要應用於主軸 轉速 15,000 rpm 以上之高速切削場合﹐系統分別為HSK 、KM 、NC5 、…等等如表 2-1 所示。 現今越來越多的 HSK 刀柄應用於加工中心機上，尤其是在高速銑削方面應用廣泛被使用。 HSK利用空心錐柄使刀把錐部及端面同時與主軸保持面接觸，通過拉桿，使刀把與主軸緊 密固鎮，獲得良好的軸向與徑向的定位精度和重現性，以及良好的動態與靜態剛性，適合 進行高速切削，逐漸成為主流。