HSK工具系统动不平衡量的检测

　　HSK刀柄具有短圆锥(锥度1∶10)和端面同时与主轴配合的双定位特殊结构,保证了重复定位精度高,静、动态联接刚度好,迎合了高速加工工艺的需要,逐渐成为加工中心和高速机床配套刀具的主流。设计时除了对HSK工具系统提出各项制造精度要求外,平衡精度作为一项重要的检测项目,越来越为设计制造和使用厂家所接受。如果在较高工作转速下,HSK工具系统存在动不平衡量,切削过程中会产生尖叫噪声和振动,对主轴支承造成附加动载荷,并且振动会通过主轴、滑台、床身、工作台等传递,最终影响到加工零件的质量。因此,HSK工具系统的工况转速达到3000r/min以上时,需要对它进行不平衡检测和相应平衡工艺处理。

　　一、HSK工具系统产生动不平衡因素分析

　　HSK工具系统作为高速回转的精密组件,包括HSK刀柄、刀杆、刀片以及使刀柄和主轴紧密配合的拉紧装置等,造成HSK工具系统产生不平衡的因素较多,存在于整个工具系统的设计、制造、装配、使用各个环节中,并且HSK工具系统型号规格较多,从尺寸角度分A、B、C、D、E、F等六种型号;从装夹角度分手动和自动两种形式;刀柄和刀杆的联接形式有:整体式、键槽联接、螺纹联接、弹性夹头联接等,显然不同的结构形式,产生不平衡的因素有所区别。

　　下面以生产中常用的HSK-A型(见图1)工具系统为例,分析HSK工具系统存在不平衡的主要因素。

　　1.HSK工具系统为了满足特定的功能要求,局部地方设计了不对称结构:图1中3、6两处为单侧结构,7为内冷却通孔,轴向尺寸较长,容易钻偏,并且通孔中心线按要求和锥柄轴心线有偏心距,这些是造成其主惯性轴线偏离旋转轴心线的主要原因。

　　2.图1中1设置了主轴传递扭矩用的锥柄端面键槽,虽然左、右各一个,为了满足特殊的安装需要,它们的键槽深度不同。

　　3.许多地方结构虽然对称,但制造工艺较难保证它们有良好的对称度,如2、5两处和刀片9的定位槽、压紧螺钉8的螺纹孔等。

　　4.刀柄和主轴配合的拉紧装置中各个零件除了要求有良好的刚性外,需要保证结构对称、加工精度高,否则会产生不平衡因素。

　　这些因素在工况转速为3000r/min以下时,对工具—主轴系统的使用性能影响不大,但在高速时不能忽略对加工工艺系统的负面影响,所以在HSK工具系统设计、制造、装配时均须考虑到这些不平衡因素,尽可能消除这些不利因素。

　　二、HSK工具系统许用不平衡量的计算

　　衡量HSK工具系统动平衡性能的指标就是平衡精度,设计平衡精度时一定要考虑如下两个方面:1)现有平衡机(仪)的检测精度,包括专用的和通用的,能够检测到最小剩余不平衡量的能力;2)现有平衡校正和补偿的能力,包括手动、半自动、自动等方法能够将不平衡量补偿到最小的能力。保证HSK工具系统平衡精度的实质就是要求检测到的实际剩余不平衡量不超过其工况转速下的许用不平衡量。