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加工中心常规7：24锥度刀柄存在的问题
日期：2009年12月25 来源：沈阳第一机床厂 关键字：加工中心
高速加工要求确保高速下主轴与刀具的连接状态不发生变化。但是，传统主轴的7：24前端锥孑L在高速运转的条件下，由于离心力的作用会发生膨胀，膨胀量加工中心的大小随着旋转半径与转速的增大而增大；但是与之配合的7：24实,2,7J柄则膨胀量较小，因此总的锥度连接刚度会降低，在拉杆拉力的作用下，刀具的轴向位置也会发生改变。主轴锥孔的“喇叭口”状扩张，还会引起刀具及夹紧机构质心的偏离，从而影响主轴的动平衡。要保证这种连接在高速摇臂钻床下仍有可靠的接触，需有一个很大的过盈量来抵消高速旋转时主轴锥孔端部的膨胀，例如标准40号锥需初始过盈量为15～20lxm，再加上消除锥度配合公差带的过盈量(AT4级锥度公差带达13lxm)，因此这个过盈量很大。这样大的过盈量要求拉杆产生很大的拉力，这样大的拉力一般很难实现。就是能实加工中心现，对快速换刀也非常不利，同时对主轴前轴承也有不良的影响。
高速加工对动平衡要求非常高，不仅要求主轴组件需精密动平衡(凹．4级以上)，而且刀具及装夹机构也需精确动平衡。但是，传递转矩的键和键槽很容易破坏这个动平衡。而且标准的7：24锥柄较长，很难实现全长无间隙配合，一般只要求配合面前段70％以上接触。因此配合面后段会有一定的间隙，该间隙会引起刀具的径向圆跳动，影响主轴部件整体结构的动平衡。
键是用来传递转矩和进行圆周方向定位的，为解决键及键槽引起的动平衡问题，已研究出一种新的7J／轴连接结构，实现在配合处产生很大的摩擦力以传递转矩，并用在刀柄上作标记的方法实现安装的周向定位，达到取消键的目的。用三棱圆来传递转矩，也可以解决动平衡问题加工中心。
主轴与刀具的连接必须具有很高的重复安装精度，以保持每次换刀后的精度不变。否则，即使刀具进行了很好的动平衡也无济于事。稳定的重复定位精度有利于提高换刀速度和保持高的工作可靠性。
另外，主轴与刀具的连接必须有很高的连接刚度及精度，同时也希望对可能产生的振动有衰减作用等。
标准的7：24锥度连接有许多加工中心优点：不自锁，可实现快速装卸刀具；刀柄的锥体在拉杆轴向拉力的作用下，紧紧地与主轴的内锥面接触，实心的锥体直接在主轴内锥孔内支承刀具，可以减小刀具的悬伸量；这种连接只有一个尺寸，即锥角需加工到很高的精度，所以成本较低，而且使用可靠，多年来应用非常广泛。
但是，7：24锥度连接也有一些不足：
(1)单独锥面定位。7：24连接锥度较大，锥柄较长，锥体表面同时要起两个重要的作用，即刀具相对于主轴的精确定位及实现刀具夹紧并提供足够的连接刚度。由于它不能实现与主轴端面和内锥面同时定位，所以标准的7：24刀／轴锥度连接，在主轴端面和刀柄法兰端面间有加工中心较大的间隙。在ISO标准规定7：24锥度配合中，主轴内锥孔的角度偏差为“—”，刀柄锥体的角度偏差为“+”，以保证配合的前段接触。所以它的径向定位精度往往不够高，在配合的后段还会产生间隙。如典型的AT4级(1S01947，GB／T11334—1989)锥度规定角度的公差值为131xm，这就意味着配合后段的最大径向间隙高达131xm。这个径向间隙会导致刀尖的跳动和破坏结构的动平衡，还会形成以接触前端为支点的不利工况，当刀具所受的弯矩超过拉杆轴向拉力产生的摩擦力矩时，刀具会以前段接触区为支点摆动。在切削力作用下，刀具在主轴内锥孔的这种摆动，会加速主轴锥孔前段的磨损，形成喇叭口，引起刀具轴向定位误差。7：24锥度连接的刚度对锥角的变化和轴向拉力的变化也很敏感。当拉力增大4—8倍时，加工中心连接的刚度可提高20％—50％。但是，在频繁的换刀过程中，过大的拉力会加速主轴内孔的磨损，使主轴内孔膨胀，影响主轴前轴承的寿命。
(2)在高速旋转时。主轴端部锥孔的扩张量大于锥柄的扩张量。对于自动换刀(ATC)来说，每次自动换刀后，刀具的径向尺寸都可能发生变化，存在着重复定位精度不稳定的问题。由于刀柄锥部较长，也不利于快速换刀和减小主轴尺寸。
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