自动HSK夹紧-一个没有弹簧的简单与Levicron的SLH-x

AZoM与Levicron总裁Ralf Dupont博士就HSK装夹作为自动化数控机床的新行业标准进行了交谈。

您能否将Levicron描述为公司及其CNC和超精密加工的主轴解决方案？

Levicron专业开发和提供具有超精密性能的数控加工主轴解决方案。这不仅允许数控加工创建零件和模具与光学质量完全自动化，而且还使超精密加工解决方案增加自动化的机器功能。为了实现这一目标，许多独特的解决方案被开发出来，从而形成了独立的产品。这也适用于我们的无弹簧HSK工具夹具SLH-x。

图1:Levicron -超精密满足CNC性能

请您解释一下HSK(空心轴锥度)是什么，为什么它已经成为数控加工的国际标准工具接口?

HSK夹紧，根据DIN 69893，是SK夹紧系统的继承者，该系统已成为数控机床自动化刀具夹紧的国际行业标准。刀具本身被夹在刀架中，刀架在加工过程中自动装入主轴。它是预先设定好的，安装在机床的链条或圆盘装载机中，只需在G-code编程中召回刀具，机床就可以提供数百种刀具进行加工。

与SK系统相比，HSK系统明显更轻，而且由于额外的轴向面连接，甚至更硬。不过，真正的创新是另一种。虽然主轴内锥度和刀柄外锥度的形状需要加工得非常精确，但实际直径的形状并不重要。刀架的外锥度直径略大，因此，当它被拉入主轴锥度时变形。这允许可管理的公差和经济的生产这样的工具夹具。SK系统使用刀柄顶部的一个简单的拉销将主轴锥度拉入，而HSK系统需要一个由内部拉销操作的分裂夹头。内部拉销将分裂夹头驱动到外部或内部，并通过其内部凹槽轮廓夹紧或松开刀架。

图2：HSK钳位，DIN 69893;来源：https://roehm.biz

为什么夹紧重复性要优于夹头系统呢?

如前所述，刀柄锥度略大于主轴锥度，当被拉入主轴轴时，会在几微米范围内变形。像一个压合，这给了一个极好的径向对准。由于HSK接口也具有主轴轴和刀架之间的轴向面连接，轴向位置也可以被完美地控制和重复。Levicron的主轴具有HSK接口，在径向和轴向都提供了小于0.2微米的刀具更换重复性。精密夹头系统工作与分裂夹头，直接抓住工具。精密开夹头的控制制造是非常困难的，一旦开夹头就不能再检查了。这里，在分裂过程中毛刺和释放材料的应力是完全未知的。由于夹头系统不具有像HSK接口那样的轴向面连接，轴向重复性没有给出，每个刀具需要在装入主轴后设置。

当前HSK夹紧装置如何管理主轴内夹紧?

由于HSK系统可能是巧妙，请将力量传递到界面仍然是其最弱点，并影响主轴性能，准确性和可维护性。对于电流解决方案，使用弹簧系统永久输送拉力。虽然需要适度的拉入载荷，但弹出和夹紧工具所需的运动很长，需要非常长的弹簧系统。Roehrs Springs或数百个圆盘弹簧是必要的，而这些弹簧需要紧紧地坐在主轴轴内，它们仍然需要一些到轴孔的间隙工作。每个刀具改变使弹簧略微取出，并与弹簧系统长度一起移动，这导致重型轴以及更差的转子动力学。圆盘弹簧故障，改变夹紧行进和非常复杂的装配程序是导致缺陷的。在此之上，为了在牵引杆开始移动之前，将卸下弹出力首先需要克服圆盘弹簧的预载力。这使得保持轴承系统损坏所需的保留系统。

图3：最新的艺术弹簧式HSK夹紧装置的状态;来源：https://roehm.biz

为什么Levicron不得不提出他们的SLH夹紧装置和一个新的解决方案?

在主轴解决方案中，为了适应当前的HSK夹紧系统，必须在轴内安装一个长而不一致的弹簧系统，这首先表明，必须开发一种不同的解决方案，用于高速和超精密主轴解决方案。

您是如何克服当前解决方案的问题的问题，以及OEM和最终客户的好处是什么？

自锁是关键。有人尝试在实际HSK接口后用自锁单元替换弹簧系统。在HSK接口内的锥形连接的顶部，这些系统增加了非常小角度的进一步锥形连接。因为有很多非常浅的角度的锥度连接，它们很难调整，并且与夹紧行程和力不一致。早在2017年，在整个新的主轴开发过程中，Levicron就有了使HSK接口本身自锁的想法，同时保持DIN 69893标准。与传统的基于弹簧的系统相比，自锁HSK接口的重量和长度只有30%，而不是两个串行系统(接口加上一个弹簧或锁单元)。拉杆不必与轴一起旋转，因为没有轴向弹簧负载，挤出力降低了60%，因此不需要保留系统来保护轴承免受过载。

图4：非旋转延伸栏和夹具/解密力（HSK40）

这个想法三个月后，我们的第一个SLH-X系统进入了200万刀具的循环测试。结果是壮观的。在轴动力学的显着改善之上，通过大量的轴动力学，一致性，可维护性和主轴生命周期的可靠性得到了很大的改善。自levicron不仅用HSK钳位替换所有主轴解决方案中的HSK夹紧装置，而且通过SLH-X改变了它们的生产中的所有HSK夹紧。

图5:Levicron的SLH-x -自锁HSK接口轴和轴单元

OEM的好处是显而易见的。它得到一致的，可重复的，和强大的HSK夹紧以及优越的轴动力学，和更好的服务性能。通过使用硬材料滑动涂层，SLH-x在其使用寿命内无需维护。

另一方面，终端客户受益于更一致的零件质量，因为更好的轴动力学，甚至更好的表面光洁度和更长的工具寿命。

图6:使用SLH25的Levicron ASD-H25/A的动态工具跳动和振动速度。

如果自锁解决方案是如此明显和简单，你是如何保护你的想法的，目前市场的看法是什么?

在认识到如何简单，可靠，一致的HSK夹紧系统内的轴或轴可以使用自锁HSK接口的想法后，我申请了国家和国际专利。欧洲专利已获批，国际方面为中、美、日等国。

在市场上，我可以看到一个错误的信念，即在更高的速度下，分裂夹头被推入刀架的凹槽，从而增加了对刀架的拉入力，但也降低了自锁的预紧力。事实上，情况正好相反，因为分裂夹头在中间弯曲，因此甚至稍微增加了自锁的预紧力。这已在仿真和多种形式的动态测试中得到验证。

图7:模拟结果证明了在更高的主轴转速和侧负载下的预负荷

除了主轴侧，还有刀架侧。你是否解决了这个问题，为CNC加工提供超精密主轴解决方案?

这甚至是在SLH-X夹紧单元之前出现。由超精密加工侧的客户推动，我们必须解决刀具输出，工具钳重复性，以及平衡HSK工具支架的质量与我们的超精密电机主轴相结合。虽然标准工具持有者持有的实际和平均平衡质量高达3微秒的延伸到3微米的四倍。超精密加工不可接受任何更高的东西。在制造主轴轴上使用我们的专业知识，我们能够创建我们的UTS-X HSK持有人系列，不仅提供了比DIN 69893中所述的行业标准更好的平衡质量，还有三倍的工具射流．与我们的UTS-X HSK工具架系列相结合，我们保证了一个低于0.8微米的工具，工具夹重复性低于0.2微米，因此具有HSK工具夹紧的真正的超精密主轴解决方案。

图8:UTS-x -超精密HSK刀架

目前和未来的超精密加工解决方案如何受益于HSK夹紧？

对我来说，下一个，在我看来，超精密加工解决方案的必要步骤是明确的。这个世界正朝着全自动化加工的方向发展，我们不能忽视这个行业。使用工具装载机和机器人技术的自动化刀具和工件更换，以及完全自动化的机器测量和机器校正，很可能是证明其未来存在的必要步骤。

Levicron现在会成为夹紧装置的供应商吗?

是的,没有。我们的核心竞争力是开发、制造和销售用于数控加工的超精密主轴解决方案。然而，为了实现我们的目标，我们必须想出许多新的解决方案，因为这些方案还没有商业化。虽然这意味着艰苦的工作，但它也使我们能够利用这些解决方案生产新的产品。这也适用于我们的HSK夹具SLH-x和超精密刀架系列UTS-x。事实上，我们的HSK工具夹具SLH-x工作得很好，我看到它们在未来有非常广泛的用途，我决定将它们推向市场。在这里，未来的客户可以相信，SLH-x系统的完美运行符合开发商和制造商的最大利益。然而，为了专注于我们的核心业务，我们正在寻找一个强有力的合作伙伴在工具和工具夹钳业务，我们可以合作。在那之前我们直接卖给客户。

未来的HSK有哪些规模和覆盖范围?

我们的SLH-x HSK夹紧单位，我们现在覆盖HSK25, HSK32，和HSK40。型号HSK20和HSK63正在开发中。

我们的ut -x刀架系列还涵盖HSK25, HSK32和HSK40。请向我们询问合适的刀柄尺寸和刀柄长度。

其他公司如何联系您以切换到您的SLH夹紧单位?

只要通过我们的官方电子邮件地址联系就可以了。如果您能给我们一个您的应用程序的大纲，我们也可以为您提出最好的解决方案的建议。你可以在我们的网站上找到其他信息。如果你像我一样喜欢打电话，就用我们公司的电话号码联系我。

关于拉尔夫·杜邦医生

20多年来，拉尔夫一直由非接触轴承系统，如空气轴承以及精密工程和加工驱动。

来自高速钻孔主轴和离心压缩机背景，拉尔夫在2010年创立了Levicron，并在精密加工和高速主轴系统的诱惑下投降。

拉尔夫拥有凯泽斯劳滕大学工业工程学位。

Ralf此前曾就职于Air bearing Ltd, MAN Turbo AG, Fischer-Precise AG和凯泽斯劳特恩大学。