HSK工具系统的结构及特点
发布日期：2015-06-12 11:22
高速切削加工已成为现代机械制造技术的一个重要组成部分和发展方向。目前，在国际机床工具系统市场上影响比较大的高速加工工具系统有：德国开发的HSK（德文Hohl Schaft Kegel的缩写，也称空心短锥柄）工具系统；美国KENNAMETAL公司开发的KM工具系统；日本日研（NIKKEN）公司开发的NC5工具系统等。在众多的新型工具系统中，由德国开发的HSK工具系统，整体技术最为成熟，应用范围也最为广泛。其采用空心短锥结构和两面夹紧方式，在系统刚度、径向圆跳动精度、重复安装精度、夹紧可靠性等方面都具有优越性能，被视为21世纪最有前途的工具系统。 1、HSK刀柄的结构类型 在DIN69893标准中规定，HSK工具系统共有6种型号（35个规格），如图1所示：  其中：这6种型号的HSK刀柄主要的差别、各自结构及使用特点[1]，可参见图2和表1所示。
 其中：A/C/E和B/D/F型刀柄主要的差别在于驱动槽的位置、换刀时抓夹的位置、冷却液通道以及法兰盘的面积大小。 A/C/E和B/D/F型刀柄共同点是:锥柄锥度都是1/9.98。 特别指出：在GB/T 19449.1-2004/ISO 12164-1:2001标准中，规定了适用于机床（例如：车床、钻床、铣床和磨床）的带有法兰盘接触面的空心圆锥柄（HSK）的尺寸之外，只规定了两种柄部型式： A型为法兰上带有一个能自动换刀的环形槽，也可以手动换刀； C型为法兰上无环形槽，只能用于手动换刀； 两种型式的手动夹进都是通过锥柄上的一个孔来进行的，扭矩的传递是通过锥柄尾端的键以及摩擦来完成的，其特点基本与DIN69893标准的相应规定类似。这是由于ISO12164-1（刀柄）和 ISO12164-2（主轴）分别是由DIN69893-1（刀柄）和 DIN69063-1（主轴）转换过来的。 DIN标准的HSK工具系统共有6种型号、35个规格；ISO标准的HSK工具系统共有2种型号、14个规格。表2为工具系统与主轴连接孔的种类和标准。
目前，无论是以往采用的DIN69893标准，还是现在广泛采用的ISO 12164-1:2001标准以及国内采用的在GB/T 19449.1-2004标准，其使用范围最广泛的都是HSK-A型，大约占总使用量的98%。因此，本文以后的内容，都将以HSK-A型为例进行重点分析介绍。 2、HSK刀柄的结构特征 主要包括两面同步接触、中空结构、1：10锥度、锥面严格的过盈量等。具体说明如下： 两面同步接触：HSK工具系统最突出的特征就是端面与锥面同时接触。夹紧时，由于锥部有过盈，所以锥面受压产生弹性变形，同时刀柄向主轴锥孔轴向位移以消除初始间隙，实现端面之间的贴合，这样就实现了双面同步夹紧。就其本身的定位而言，这种保证端面与锥面同时定位的方式实质上是过定位。 中空结构：这是HSK刀柄的又一重要特征，是保证HSK工具系统工作的必要结构。要实现双面同步夹紧，锥面必须产生弹性变形，显而易见，空心柄产生弹性变形要容易得多，所消耗的夹紧力也要小得多。当主轴高速回转时，有利于保持锥面的可靠接触。同时空心刀柄结构还为夹紧机构提供了安装空间，以实现由内向外的夹紧，这可以将离心力转化为夹紧力，使夹紧更可靠。此外空心刀柄结构还使内部切削液的供应成为可能。 1：10锥度：有利于产生自锁，使夹紧更加可靠。空心部分的空间有限，如果采用大锥度，将会进一步减少空间，使夹紧机构的布置产生困难。实际上1：10锥度的提法只是近似值，ISO12164-1:2001标准中明确规定了HSK刀柄的实际锥度是1：9.98，HSK主轴空的锥度为1：10。这样规定有利于减少锥面消耗的夹紧力，使大部分的夹紧力可以有效地传递到接触端面，从而确保HSK接口的承载能力，同时又能够保证锥部良好的定位作用。 锥面严格的过盈量：一方面是为了保证足够的径向定位精度，另一方面是为了减少锥面消耗的夹紧力，使大部分的夹紧力可以有效地传递到接触端面，从而确保HSK接口的承载能力。 另外，以HSK-A型为例，其刀柄尾部有两个深度不等的驱动键槽，不同的深度是为了确定装卸方向。刀柄内部有一个30°的夹紧面，锥面上有径向通孔（仅在手动夹紧时采用）。刀柄圆柱部分的外圆柱面上有用于自动换刀的“V”形槽及一个定向槽，另外还有一个径向孔，用于放置反映刀具信息的芯片。 HSK的缺点：它与现在的其他主轴端面结构和刀柄不兼容；制造精度要求较高，结构比较复杂，成本较高(刀柄的价格是普通标准7/24刀柄的1.5～2倍)；锥度配合过盈量较小(是KM结构的1/5～1/2)。 总之，HSK工具系统采用端面与锥面同时接触定位方式和空心刀柄结构，具有联结刚度高、轴向和径向重复定位精度高、系统尺寸小、重量轻、结构紧凑等特点。与传统的7：24标准锥度联结相比，HSK工具系统非常适用于高速加工。 |
