1. 背景
近幾年來，高速切削技術(shù)已進(jìn)入一個(gè)迅速發(fā)展的重要時(shí)期，現(xiàn)已成為金屬切削發(fā)展的方向之一。因此，與之相適應(yīng)而生產(chǎn)的HSK 接口的高速切削加工機(jī)床越來越多，越來越廣泛。目前，國外的機(jī)床制造廠家都有自己的這種過硬產(chǎn)品，并開始大量涌入我國。
為了跟上世界機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)，大連高金數(shù)控集團(tuán)2006 年開始研究生產(chǎn)HSK 接口高速主軸，但是由于公司加工技術(shù)和工藝手段上的很多難點(diǎn)無法解決，一直沒能很好地加工出這種合格主軸。后來，我們根據(jù)需要對(duì)技術(shù)水平、加工設(shè)備及測(cè)量?jī)x器進(jìn)行了不斷更新，現(xiàn)已成功加工出合格的HSK 接口的主軸，為大連機(jī)床集團(tuán)制造國產(chǎn)HSK 接口高速加工中心做好了充分技術(shù)準(zhǔn)備。
2. HSK 主軸加工難點(diǎn)
首先，我們得先了解HSK 接口主軸內(nèi)孔的特點(diǎn)，以OTT HSK63 拉刀裝置為例。OTT 生產(chǎn)HSK63 拉刀機(jī)構(gòu)及其原理如圖1 所示，拉桿在彈簧拉力下，拉刀瓣因徑向力作用產(chǎn)生向上運(yùn)動(dòng)，最終緊緊將刀瓣靠在刀柄加工難點(diǎn)分析如下:主軸孔內(nèi)兩頭有角度的端面上。
( 1) 加工主軸前端面必須要與加工的1∶ 10 錐孔垂直，這是因?yàn)橹鬏S前端面與1 ∶ 10 錐孔要同時(shí)定位。加工誤差會(huì)對(duì)檢測(cè)直接造成影響，如圖2 所示，其中A、B、C 為檢查棒簡(jiǎn)圖理想狀態(tài)，A'、B'、C'為主軸加工誤差造成檢查棒偏差。
要保證主軸前端面與1∶ 10 的內(nèi)孔垂直度，一般設(shè)計(jì)上要求該端面圓跳動(dòng)應(yīng)小于0. 002mm。從圖2我們知道，檢查棒( 由A、B、C 組成) 插入主軸孔并在拉力作用下，緊緊地靠在主軸前端面時(shí)，在沒有加工誤差情況下，HSK63 檢查棒垂直度、跳動(dòng)誤差為零。當(dāng)加工出現(xiàn)偏差0. 002mm 時(shí)，HSK63 主軸前端面接觸直徑為63mm，假設(shè)端面63mm 最大直徑上跳動(dòng)為0. 002mm，檢查棒偏差狀態(tài)如A' B' C'，根據(jù)相似三角形原理: 0. 002 ∶ 63 = x ∶ 300，得x =0. 009 5mm。從理論上講，若前端面徑向最大點(diǎn)跳動(dòng)誤差為0. 002mm， 則300mm 長(zhǎng)檢查棒偏差值為0. 009 5mm ( 跳動(dòng)誤差實(shí)為0. 019mm) 。可以看出，前端面誤差對(duì)檢查棒的影響程度( 這里我們把檢查棒看成剛性體，實(shí)際上誤差小一點(diǎn)) 。上述分析說明，HSK50、HSK30 在前端面微小誤差，對(duì)300mm長(zhǎng)檢查棒來說跳動(dòng)誤差影響會(huì)更大。
( 2) 主軸1∶ 10 錐孔后端300mm 處端面，必須與前端面平行。主軸前端面與刀柄后端面拉緊前本來有一定的間隙，當(dāng)在拉力的作用下間隙消除后，上述端面因不平行，使受力方向發(fā)生偏移。此時(shí)，HSK主軸1∶ 10 錐孔在力的作用下必會(huì)產(chǎn)生一定的變形，若受力不均而造成偏移，1∶ 10 錐孔的定位作用會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)最終刀柄與主軸錐面和主軸兩個(gè)端面同時(shí)定位和夾緊時(shí)，檢查棒300mm 處會(huì)因此產(chǎn)生跳動(dòng)誤差。
為了確保上述垂直、平行的要求，我們采用的磨削加工關(guān)鍵技術(shù)是: 1 ∶ 10 錐孔、前端面、300mm后端面在不旋轉(zhuǎn)磨床工作臺(tái)的前提下，一次性裝夾加工出來，從而有效地保證了主軸一次加工的合格率達(dá)到了95%。
3. 測(cè)量手段及關(guān)鍵工藝設(shè)備
要實(shí)現(xiàn)上述要求，加工過程中還要有必要測(cè)量手段、關(guān)鍵工藝設(shè)備及技術(shù)保證。
( 1) 要有一臺(tái)高精度HSK 氣動(dòng)電子測(cè)量?jī)x，兩個(gè)測(cè)量量規(guī)( 一個(gè)為通規(guī)，一個(gè)為止規(guī)) 時(shí)刻監(jiān)視磨削現(xiàn)狀，如圖3 所示。
( 2) 要有一個(gè)用于測(cè)量?jī)?nèi)孔300mm 錐面到主軸前端面距離為( 52 ± 0. 023) mm 的測(cè)量?jī)x。
( 3) 要有一臺(tái)數(shù)控磨削機(jī)床，最好是磨削中心。我們使用瑞士克林貝格磨削中心，其特點(diǎn)是有一片端面磨削砂輪， 可以保證端面磨削精度達(dá)到0. 001mm 以內(nèi)。
4. 加工注意事項(xiàng)
具備上述基本條件后，實(shí)際加工還應(yīng)注意的事項(xiàng)有:
( 1) 前端面應(yīng)首先磨平，然后再粗磨1∶ 10 錐孔大端到工藝尺寸，用自制工裝檢測(cè)一下。其作用一是1∶ 10 后端300mm 錐面與主軸前端面( 52 ± 0. 023) mm 尺寸留量是否足夠，否則，尺寸若小于52mm 或加工余量不夠均會(huì)造成廢品，浪費(fèi)不必要人力、物力; 二是磨削1∶ 10 錐孔時(shí)，若不小心磨大了，易造成端面接觸，錐面的測(cè)量會(huì)不準(zhǔn)確。
( 2) 磨削主軸1∶ 10 錐孔，內(nèi)孔磨頭需要進(jìn)行x、y 兩個(gè)方向的合成運(yùn)動(dòng)。隨時(shí)校正錐孔精度( 使用氣動(dòng)電子測(cè)量?jī)x) ，當(dāng)1∶ 10 錐度磨削基本準(zhǔn)確后，最后一次精磨時(shí)，校正角度微小誤差時(shí)，應(yīng)盡量不要修整砂輪，而采取進(jìn)行無火花的磨削( 主要是減少金剛筆修整砂輪產(chǎn)生誤差) ，直到磨削合格為止。
( 3) 在錐孔磨削1∶ 10 錐度合格基礎(chǔ)上，再磨1∶ 10 錐孔后300mm 處端面。最后用前端面保證 ( 52 ± 0. 023 ) mm 尺寸要求即可( 用KELCH 測(cè)量?jī)x) 。
5. 結(jié)語
總之，主軸HSK 接口內(nèi)孔加工是一個(gè)加工難度較高的技術(shù)，除了要有正確的加工方法之外，還要有必要的工藝手段和測(cè)量?jī)x器。有了上述保證，一個(gè)合格的HSK 主軸磨削加工就不會(huì)有大問題了。
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