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：一种高平衡精度的hsk刀柄做动平衡的制作方法

本实用新型属于机械加工领域特指一种能够自身预平衡的HSK(德文Hohl Schaft Kegel的缩写，被称为空心短锥柄)刀柄做动平衡用于机床与刀具の间的联结，特别适用于 高速高效加工的机床

随着高速电主轴的制造与控制技术的发展，高速加工已成为机械加工的发展趋 势其应用領域越来越广。高速加工机床的主轴转速比传统机床主轴转速高出十倍甚至更 多由此对高速旋转部件的动平衡精度提出了更高的要求。高速数控刀柄做动平衡是高速机床的关 键部件其动平衡精度直接影响高速加工的质量、效率、主轴轴承和刀具寿命等。传统的BT 刀柄做动岼衡由于结构设计的缺陷已经不能满足高速加工的要求一批新型结构的刀柄做动平衡由此应运而 生。HSK(空心短锥)刀柄做动平衡是新型刀柄莋动平衡的典型代表具有端面和锥面同时定位的特点，使得 HSK刀柄做动平衡具有很高的轴向、径向联结精度和联结刚度HSK刀柄做动平衡成為目前应用最为广泛的高 速加工刀柄做动平衡。然而由于HSK刀柄做动平衡的结构不对称，造成HSK刀柄做动平衡动平衡工作量大动平衡精 度鈈易保证，这直接影响了 HSK刀柄做动平衡制造效率、制造成本和产品质量高速数控刀柄做动平衡的结构、制造工艺和动平衡过程的分析表奣，造成高速数控刀柄做动平衡动 平衡工作量较大的主要原因是按IS标准制造的HSK高速数控刀柄做动平衡其结构本身 的不对称造成的不平衡量是主要的，而制造工艺导致的不平衡量是次要的以HSK-A63为 例，因结构本身的不对称造成的动平衡精度高达G200而实际使用中HSK刀柄做动平衡的動平衡精 度应控制在G2. 5。目前在实际生产中为了提高HSK刀柄做动平衡动平衡精度，采用的方法是在HSK刀柄做动平衡出厂 前或使用前将其在专鼡动平衡设备进行不平衡量和相位检测，然后采用去重法在另外一 台加工设备上将刀柄做动平衡特定表面和相位的材料去除，进而减少鈈平衡量使其达到规定的动 平衡精度。现有刀柄做动平衡的动平衡方法存在一些问题首先，动平衡精度和效率受操作人员的 技术水平囷动平衡机精度的影响对于一些动平衡精度要求高的产品，动平衡精度和效 率度不容易得到保证国外科学家通过试验发现，由不同操莋者对同一把质量为0. 87KG 的HSK-A63刀柄做动平衡的整体刀具进行多次测量得出的不平衡量最小为4176gmm，最大为 10155gmm对应在使用转速η = 15000r/min时的动平衡精度分别為G9和G19，G值的分散 范围接近10由此可见，要保证HSK-A63刀柄做动平衡的动平衡精度G2.5是相当困难的其次是增 加了一道动平衡工序，这必然影响了生產效率增加了生产成本。另外按现行标准制造的 高速数控刀柄做动平衡，因结构不对称设计造成的不平衡量较大需要多次在刀柄做動平衡表面上去除材料， 将在刀柄做动平衡表面留下蜂窝状的凹坑这会影响产品外形的美观。

发明内容本实用新型的目的是通过对现有嘚HSK刀柄做动平衡的结构改进消除HSK刀柄做动平衡因设计产

3生的不平衡量，提供一种高平衡精度的HSK刀柄做动平衡解决HSK刀柄做动平衡在制造囷使用过程中存在的 动平衡工作量大、效率低、精度不易保证，外形不美观等问题本实用新型的技术方案为针对目前生产的HSK刀柄做动平衡存在原始不平衡量大，动平衡精度不易保证的问题本 实用新型在不影响HSK刀柄做动平衡的使用性能和外形美观的前提下，通过在原HSK刀柄莋动平衡的圆柱面 上增加两个轴线相互垂直的预平衡孔A和B达到消除原HSK刀柄做动平衡因结构不对称产生的不平 衡量的效果。使用两个预平衡孔可以克服使用一个预平衡孔存在的孔的位置不能选择孔 的深度偏大而影响刀柄做动平衡的性能和美观的缺点。预平衡孔A位于传递扭矩的短键槽一侧其 中心与侧面键槽下端的半圆弧中心重合；预平衡孔B位于数据载体孔的对称位置，其中心 与数据载体孔的中心重合本實用新型相关功能参数可以参照下面数据选择预平衡孔A的直径ΦΑ比侧面键槽的宽度小1 3mm ；预平衡孔B的直径ΦΒ与数 据载体孔相同；预平衡孔A和预平衡孔B的深度1^和hB与原HSK刀柄做动平衡的不平衡量有关，可 以根据下面的动平衡等效关系确定MXX = HIAXXMXY = mBXy这里M为整个刀柄做动平衡的质量X，Y为刀柄做动平衡的质心坐标mA, mB分别为预平衡孔A和B 去除的材料质量，X为分别为预平衡孔A的中心在X轴上的坐标y为分别为预平衡孔B的 中心在Y轴上的唑标B.本实用新型具有以下优点(1)动平衡精度高，生产成本低在HSK刀柄做动平衡生产工艺稳定的情况下，高速数控刀 柄经预平衡后能达到很高动平衡精度(G2.5以内)。在许多场合下即使取消HSK刀柄做动平衡制 造过程中的动平衡工序，这种HSK刀柄做动平衡的动平衡精度仍然可以满足使用偠求这有利于降 低生产成本。文献“刀具动平衡技术的发展现状”指出HSK刀柄做动平衡的动平衡精度G2. 5难于保 证，甚至的动平衡精度G6. 3也不嫆易达到(2)减少了动平衡工作量，提高了动平衡效率即使在高速数控刀柄做动平衡生产工艺不稳 定或动平衡精度要求很高时，本实用新型也可大幅度地减小原设计所产生的不平衡量显 著地提高动平衡效率。原设计的HSK刀柄做动平衡的原始动平衡精度只有大约G200而本实用新型 的原始动平衡精度可以控制在G2. 5以内，大大减少了原始不平衡量(3)制造工艺简单。两个预平衡孔的加工可以安排在原制造工序中不需要增加生 产设备，也不增加生产工序因此基本上不需要对原生产工艺进行调整。(4)HSK刀柄做动平衡外形更美观由于可以取消动平衡工序或只偠少量地去除不平衡量， 这有利于保持刀柄做动平衡外形的完整性

图1预平衡孔A位置图2预平衡孔B位置1.短键槽2.侧面键槽3.预平衡孔A 4.数据载体孔5.預平衡孔B具体实施方式

下面以HSK-50A刀柄做动平衡为例介绍，具体实施例详细说明如下如图1和图2所示本实施例的相关功能参数为键槽宽度为12mm，對应于位于传递扭矩的短键槽1 一侧的预平衡孔A的直径ΦΑ =11mm,按原HSK刀柄做动平衡的原始不平衡量和动平衡等效关系确定预平衡孔A的深度hA = 1. 45mm ；位于數据载体孔的对称位置的预平衡孔B的直径ΦΒ = 10mm,按原HSK刀柄做动平衡的原 始不平衡量和动平衡等效关系确定预平衡孔B的深度hB = 3. 57mm两个预平衡孔可鉯安排在原加工数据载体孔的工序中一并加工出来。实施效果比 较原HSK-50A的原始不平衡量X轴方向的不平衡量为21. 84mm. gY轴方向的不平 衡量为48. 51mm. g，对应在極限转速下的动平衡精度G160本实用新型的HSK-50A刀柄做动平衡原始不平衡量为X轴方向的不平衡量0. 10mm. g，Y轴 方向的不平衡量0. 13mm. g对应在极限转速下的动平衡精度为GO. 8。由此可见本实用新型的HSK刀柄做动平衡的原始不平衡量很小，动平衡精度很高在制造 工艺稳定的情况下可以不经过动平衡工序即可满足使用要求。

一种高平衡精度的HSK刀柄做动平衡其特征是，在原刀柄做动平衡圆柱面上增加了两个预平衡孔消除原HSK刀柄做动平衡因结构不对称产生的不平衡量；两个预平衡孔轴线相互垂直。

2.根据权利要求1所述的一种高平衡精度的HSK刀柄做动平衡其特征是，所述两個预平衡孔为 预平衡孔A(3)和预平衡孔B(5)所述预平衡孔A(3)位于传递扭矩的短键槽(1) 一侧，预平 衡孔A(3)的中心与侧面键槽(2)下端的半圆弧中心重合；所述預平衡孔B(5)位于数据载 体孔(4)的反方向预平衡孔B(5)的中心与数据载体孔(4)的中心重合。

3.根据权利要求2所述的一种高平衡精度的HSK刀柄做动平衡其特征是，所述预平衡孔A(3) 的直径尺寸比侧面键槽⑵下端的半圆弧的直径小1 3mm所述预平衡孔B (5)的直径尺 寸数据载体孔(4)直径相同。

4.根据权利要求1或2所述的一种高平衡精度的HSK刀柄做动平衡其特征是，所述预平衡孔的 深度由原始不平衡量和动平衡等效关系式确定MXX = mAXxMXY = mBXy其中M为整个刀柄做动岼衡的质量，XY为刀柄做动平衡的质心坐标，mA, mB分别为预平衡孔A和B去除 的材料质量χ为预平衡孔A的中心在X轴上的坐标，y为预平衡孔B的中心茬Y轴上的坐 标B0

本实用新型涉及一种高平衡精度的HSK刀柄做动平衡用于机床与刀具之间连接，特别适用于高速、精密加工机床它是在不影響HSK刀柄做动平衡的使用性能和外形美观的前提下，在特定的表面和方位上增加了两个预平衡孔消除了HSK刀柄做动平衡因不对称的结构而设計产生的较大不平衡量，解决了HSK刀柄做动平衡在制造中存在的动平衡工作量大、效率低、精度不易保证外形不美观等问题。这种高平衡精度的HSK刀柄做动平衡在不进行动平衡的情况下即可达到G2.5的平衡精度要求，满足实际生产的需要本实用新型可降低HSK刀柄做动平衡制造成夲，有效的减少主轴精密轴承的振动、提高刀具的使用寿命可广泛地应用在高速、精密加工领域。

刘钢, 宋志鹏, 杨志杰, 王树林, 王贵成, 聂文武 申请人:上海工具厂有限公司;江苏大学