主轴拉力计校准方法的研究

    立、卧、龙门、落地式铣镗床及车铣复合等系列的数控机床，主轴的拉刀机构一般是主轴锥孔7∶24，内置碟簧松紧拉刀爪，再通过拉钉连接刀柄。 拉刀机构所产生的适宜拉力将刀具拉紧， 使刀柄与主轴孔紧密结合，以实现固定刀具的功能。机床种类不同、规格不同，所设定的主轴拉刀力值也不同。 如果拉刀力小了，刀具连接不牢固，刀具的跳动、摆动会对零件的加工质量产生很大的影响；如果拉刀力大了，直接的后果就是导致刀柄撞伤主轴锥孔。 若想保持测量仪器能够长期稳定、可靠地测量，技术基础是能够实现周期溯源校准。因此，主轴拉力计校准方法的研究具有很重要的意义。

    一、概述

    国内机床行业所用主轴拉力计多为德国凯斯和日本大昭和生产的， 一般包括数显和指针式两种读数形式。

    实现对进口的主轴拉力计的校准需攻克三大难题：（1）解析主轴拉力计的测试原理；（2）模拟主轴拉力测试的工作原理，设计主轴拉力计校准装置；（3）选择适宜的标准器。 为此，我公司计量理化中心项目组围绕这三大难题，开展了技术攻关工作。

    二、主轴拉力计测试原理的解析

    以德国凯斯SK50规格的主轴拉力计为基型，通过与意大利ELBOPFM主轴拉力检测仪进行现场测试比较验证，解析了德国凯斯SK50的测试原理，具体如下：

    主轴拉力计用于测量主轴拉刀力时，主要是通过拉钉与主轴拉力机构连接，其7∶24的测量工作面与主轴锥孔接触，机床气源拉紧蝶簧，通过拉钉对拉力计施加所产生的轴向拉力，使得主轴锥孔和拉力计的工作锥面紧密接触产生相应的结合力，最后通过软件计算出结合力的数值，仪器上显示的读数值即为主轴拉力机构施加给拉力计的拉力，即要测的主轴拉刀力。

    三、校准方案及校准装置的设计

    解析了SK50主轴拉力计的测试原理后，确定主轴拉力计的校准方案如下：

    （1）用准确度等级为0.5级的电子万能试验机作为标准器，校准准确度等级为1级的主轴拉力计。

    （2）模拟主轴拉力计的测试工作原理 ，设计主轴拉力计校准装置。

    主轴拉力计校准装置由锥体、连接体和拉钉夹紧柄三部分组成。 锥体的7∶24锥面模拟的是7∶24的主轴锥孔；连接体的一端设一个夹紧柄； 拉钉夹紧柄模拟的是拉钉，旋在主轴拉力计的头部。

    （3）校准时将主轴拉力计装入校准装置中 ，使主轴拉力计的锥面与7∶24锥体的锥孔紧密接触，最后用紧固螺钉将装置的两体合装起来， 详见如图1所示的主轴拉力计校准装置的结构原理图。