新型精密刀具夹持系统介绍														????????? 
近年来，数控机床朝着“高速、高效、高精度”的方向发展，国产加工中心的主轴转速一般为8000～12000r/min，国外加工中心的主轴转速一般为10000～18000r/min，德国、瑞士等国新推出的高速加工中心或高速铣床的主轴最高转速一般在10000～60000r/min，同时，主轴具有很高的回转精度，其径向跳动一般不超过2?m。这样，人们除了要求刀具符合高速机床的要求之外，对刀具夹持系统也提出了很高的要求，具体表现在夹持回转精度、动平衡性能以及动力学性能等各个方面。从而使新型精密刀具夹持技术应运而生，得以快速发展，开发出了多种新型刀具夹持系统。下面将分析、介绍德国雄克（Schunk）公司生产的两种新型精密刀具夹持系统。 
1 静压膨胀式刀具夹头
1.加压螺栓 2.油腔 3.夹持孔图1 静压膨胀式刀具夹头的结构原理图科太克
表1 雄克公司静压膨胀式刀具夹头直接夹紧所能传递的扭矩
刀具被夹部直径（mm）
6
8
10
12
14
16
18
20
25
32
传递的扭矩（N·m）
8
14
35
45
73
112
175
280
350
450
注:表中数据是在大量实测数据的基础上，考虑了一定的安全系数后给出的。被测刀具的刀杆为光滑圆柱体，精度等级h6，其被夹部长度满足DIN6535和DIN1835标准。测试时的工作温度20～25℃。
工作原理 
性能特点 
使用要求
图1为静压膨胀式刀具夹头（又称液压夹头）的结构原理图。该夹头的特点是采用了静压膨胀结构:在夹头主体与夹紧孔内壁之间做了环形封闭油腔，油腔内充满了专用液压油，夹紧孔内壁具有很好的弹性。当拧紧加压螺栓1时，油腔内压力升高，使密闭的油腔的每个部分都受到均匀的压力，从而将有弹性的夹紧孔内壁收缩而夹紧刀具：当松开加压螺栓1时，油腔内油压回落，夹紧孔内壁在弹性回复力的作用下回复到原始直径而松开刀具。 
静压膨胀结构不但可以做成夹紧刀杆外圆的夹头，也可以做成芯轴胀紧内孔，用于夹持滚刀等，还可以做成同时夹紧外圆和胀紧内孔的复合刀具夹头。 
静压膨胀式刀具夹头具有优良的技术性能:夹持回转精度 3?m：重复夹紧精度 2?m：稳定可靠的夹紧力：能够传递很大的扭矩（表1）；极优的阻尼减振性能：夹紧系统具有全封闭结构，无磨损，经久耐用：能够有效地提高切削加工的精度和加工表面质量：可以显著改善刀具在切削加工中的受力状态，成倍提高刀具使用寿命。 
生产静压膨胀式刀具夹头需要经过精确的理论计算、优良的热处理和精密的制造过程。为了适应高速切削的要求，还要进行动平衡检测和调试。动平衡一般是按照德国工业应用研究组织AIF推荐的动平衡指标: 
SK40，SK50
G6.3/15000r/min
HSK-A32-63
G6.3/15000r/min
HSK-A80-100
G6.3/12000r/min
HSK-C32-63
G6.3/15000r/min
HSK-C80-100
G6.3/12000r/min
HSK-E32-63
G6.3/30000r/min
如果有更高的转速要求，经过更精细的动平衡，可以使静压膨胀式刀具夹头适用于50000r/min的工作转速。在德国达姆施塔特生产技术和切削机床研究所进行的测试中，雄克公司的静压膨胀式刀具夹头在105r/min的转速下仍能保持良好的力学性能。 
静压膨胀式刀具夹头的使用要求是:当被夹刀具的外径为6～8mm时，要求刀杆的精度等级为h6：当刀具外径大于8mm时，刀杆的精度等级可以放宽到h7。同时，要保证刀杆被夹持的最小长度，例如?20mm的刀具的最小夹持长度为42.5mm，实际使用时只要将刀具在刀柄孔中插到底即可。刀杆型式必须符合DIN1835的A型（光滑圆柱刀杆）和AB型（中部铣有平面的圆柱刀杆），其它型式的刀杆要加中间过渡套才能使用。刀具夹头的最佳工作温度为20～50℃，当实际工作温度超过50℃时，生产企业要对刀具夹头做特殊处理。
2 应力锁紧式刀具夹持器
（a）
（b）
（c）
（d）
图2 TRIBOS刀具夹持器的工作原理图科太克
图3 TRIBOS-R刀具夹持器的结构示意图科太克
表2 TRIBOS-S刀具夹持器能传递的最小扭矩
夹持直径（mm）
6
8
10
12
14
16
18
20
传递的最小扭矩（N·m）
5
13
20
30
55
80
100
200
注:表中数据是考虑了一定的安全系数后给出的，被测刀具的刀杆精度等级h6。
工作原理 
性能特点 
使用要求
应力锁紧式刀具夹持器以TRIBOS命名，它是德国雄克公司的专利产品，它的工作原理如图2所示，其夹持孔具有特殊的几何形状（图2a），在原始状态下，刀具无法插入夹持孔内。安装刀具时，使用专用加载器对夹持段从外部加压，将夹持孔压成圆孔（图2b），此时可以将刀杆顺利地插入夹持孔内（图2c），然后松开加载器，撤掉外部载荷，夹持孔将试图回复到原始状态，于是刀杆就被强大的弹性回复力夹紧（图2d）。同样，使用加载器可以方便地取出或更换刀具。 
TRIBOS刀具夹持器有两种类型，分别为TRIBOS-S和TRIBOS-R。TRIBOS-S刀具夹持器如图2所示，它的夹持段外径很细小，可以做成刀具加长杆，用于需要加长刀具的场合，例如深型腔模具的加工：也可以直接做成刀具夹头，用于会发生几何干涉的零件特殊部位的加工。由于它的外径很细，刚性相对较差，所以只能用于轻切削加工。为了提高TRIBOS刀具夹持器的刚性，又开发了TRIBOS-R刀具夹持器。与TRIBOS-S相比，TRIBOS-R加大了夹持段的外径，设计了减振的特殊的空腔结构（空腔中注满了热固性塑料），如图3所示，使刀具夹持器的刚性和夹持力都得到很大的提高，可以用于重切削加工。 
TRIBOS刀具夹持器有很好的技术特性:回转精度 3?m：重复夹紧精度 3?m：稳定可靠的夹紧力：能传递很大的扭矩：采用完全对称的结构，夹持器没有滑动件，无磨损，免维护，经久耐用，适用于高速切削：用加载器装刀，换刀迅速、方便，加载器不需要外部动力源：TRIBOS-S刀具夹持器的夹持段具有极小的外径：TRIBOS-R刀具夹持器具有很好的刚性、优良的阻尼减振性能，可以提高切削加工精度，改善加工表面质量。即使是TRIBOS-S刀具夹持器也能传递相当大的扭矩，可以满足绝大部分精加工的要求。表2列出了TRIBOS-S刀具夹持器所能传递的最小扭矩。TRIBOS刀具夹持器的动平衡检测、调试和动平衡指标与静压膨胀式刀具夹头基本相同。如果有更高的转速要求，经过更精细的动平衡，可以使TRIBOS刀具夹持器适用于85000r/min的工作转速。在德国达姆施塔特生产技术和切削机床研究所进行的测试中，TRIBOS刀具夹持器在205000r/min的转速下仍能保持良好的力学性能。 
TRIBOS刀具夹持器对被夹刀具刀杆的精度要求与静压膨胀式刀具夹头相同，为了能传递规定的扭矩，要保证有足够的夹持长度，一般要将刀杆在夹持器孔中插到底。
3 结束语
静压膨胀式刀具夹头
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