正確選用刀柄

 模具表面高精度型面加工中，刀柄的價值與成套加工中心的價值相比是微不足道的，但它卻是連接機床主軸與刀具的重要橋梁，對于加工質(zhì)量的好壞產(chǎn)生著重要的影響。

在現(xiàn)代大型高速加工設(shè)備被越來越多地應(yīng)用到生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的條件下，如何選擇合適的刀柄以適應(yīng)逐漸提高的機床主軸轉(zhuǎn)速，加工出高精度的模具型面，技術(shù)人員必須綜合考慮刀柄的各種特性，尤其是在高速運轉(zhuǎn)條件下的夾緊力和徑向跳動誤差精度及其動平衡質(zhì)量，這樣有利于降低刀具本身存在的振動。此外，一般刀柄的徑向跳動誤差精度要小于3μm，出于對機床主軸跳動誤差的考慮，采用重量低的主軸、刀柄和刀具相結(jié)合的方式有利于獲得更好地切削加工效果。

一般來說，客戶對刀柄的切削效果會提出明確的要求，因為不同的系統(tǒng)具有不同的技術(shù)特性和優(yōu)點，根據(jù)客戶的特殊應(yīng)用目的，可以找到非常完美的刀具夾緊系統(tǒng)。目前，市場上主要有4種刀柄：液壓刀柄、應(yīng)力鎖緊式刀柄、通用刀柄、熱縮刀柄。

液壓刀柄

液壓刀柄是一種應(yīng)用很廣泛的刀柄，有些客戶由于加工要求特殊而采用特殊的刀具夾緊解決方案，但大部分應(yīng)用領(lǐng)域是可以選用這種刀柄的（圖1）。

圖1 雄克液壓刀柄

此種刀柄的夾持方式有別于傳統(tǒng)刀柄系統(tǒng)。擰緊只需用一個加壓螺栓，當螺栓擰緊時便會推動活塞的密封塊在刀柄內(nèi)產(chǎn)生一個液壓油壓力，該壓力均勻地從圓周方向傳遞給鋼制膨脹套，膨脹壁再將刀具夾緊。

采用這一刀具夾緊系統(tǒng)，可使系統(tǒng)徑向跳動誤差精度和重復(fù)定位精度控制在3μm以下。由于刀柄內(nèi)存在有高壓油液壓力，當?shù)毒弑粖A緊時，內(nèi)藏的油腔結(jié)構(gòu)及高壓油的存在大大地增加了結(jié)構(gòu)阻尼，可有效防止刀具和機床主軸的振動。實際應(yīng)用表明，使用這種夾緊系統(tǒng)不僅可以提高加工精度和質(zhì)量，而且還能使刀具在切削加工中的使用壽命得到成倍提高。

此外，這類刀柄不但具有免維護功能和抗污能力，而且易于使用和安全地夾緊刀具。因為，在緊固刀具時，夾緊壓力可以將刀柄上的任何油或雜質(zhì)導(dǎo)引到膨脹套筒中（加工）的小溝槽中。這樣就可以清理裝夾用表面區(qū)域，并讓其保持干燥，消除打滑現(xiàn)象，保證主軸的扭矩可以很好地傳遞給刀具。

應(yīng)力鎖緊式夾頭

應(yīng)力鎖緊式夾頭采用多面刀具夾緊方式（圖2），這是一種結(jié)構(gòu)極其簡單，但設(shè)計功能相當高的夾緊裝置。刀具裝夾孔具有經(jīng)精確計算而設(shè)計的軸對稱特殊多邊形，借助于一個特制的加載裝置對其施加壓力，迫使夾持孔在彈性變形的范圍內(nèi)變成圓形，從而順利地將刀具裝入孔內(nèi)，卸載后刀具即被巨大的變形恢復(fù)力牢固地夾緊。

圖2 雄克的TRIBOS多面刀具夾緊系統(tǒng)

市場上提供的這類刀柄有兩種類型以適應(yīng)不同的應(yīng)用目的。

1.細長型刀柄

此類刀柄最為適合于夾持刀柄設(shè)計特別細小而延伸較長的刀具，但也可以用來夾持較短的刀具，這有利于降低用戶的成本費用。

2.粗壯型刀柄

這種刀柄體型較大，因此其剛性較高，在提高徑向力補償方面能提供較高的質(zhì)量。

該類多面刀具夾緊系統(tǒng)大量應(yīng)用于加長桿，它們能夠更加靈活地完成困難的加工任務(wù)。

對于高速加工應(yīng)用領(lǐng)域而言，多面夾緊系統(tǒng)是一個偉大的解決方案，因為刀具的夾緊或松開是在刀柄材料的彈性形變范圍內(nèi)實現(xiàn)的，不僅可以提供極高地刀柄回轉(zhuǎn)精度，而且對刀具使用壽命沒有限制。此外，刀具的更換方便簡單，不需要任何外接電源，僅需采用一種附帶的夾緊裝置在幾秒鐘之內(nèi)便可完成，因而，該種刀具夾緊系統(tǒng)可以應(yīng)用于多個領(lǐng)域，尤其是要求頻繁更換刀具的應(yīng)用領(lǐng)域。

通用刀柄

如圖3所示，通用刀柄目前主要有兩種應(yīng)用方案：適用于輕型加工應(yīng)用領(lǐng)域，適合于中型和重型加工應(yīng)用領(lǐng)域。用戶可以充分利用這類刀柄的重要優(yōu)點及其防振性能，提高刀具的使用壽命和工件的表面粗糙度，而其價格可以與高端彈簧刀柄系統(tǒng)相匹敵。

圖3 雄克的SINO-R 刀柄

這類刀柄采用類似于液壓刀柄的膨脹技術(shù)來夾緊刀具，只是其擴張力是通過機械方法獲得的，而不是通過液壓介質(zhì)獲得。這一優(yōu)勢可以使用戶的刀柄系統(tǒng)達到防振的效果和很高的徑向跳動誤差精度，通常小于5μm。

與彈簧夾頭刀柄相比，SINO-R刀柄還有另外一些特點：刀柄刀具安裝部外圍有一夾緊套可在省去握矩扳手的情況下，將其旋轉(zhuǎn)至一固定點，使刀柄每次夾緊力達到統(tǒng)一；能夠緊固和安全夾緊圓形刀具（夾頭可以將刀柄的前端部分夾得更緊一些，但夾孔底部的夾緊程度較差）；通過使用標準減徑套可適應(yīng)各種夾持直徑的刀具；通過使用內(nèi)部長度調(diào)節(jié)螺絲，可以非常精密地調(diào)節(jié)軸向長度。

熱脹冷縮刀柄

圖4所示為熱脹冷縮刀柄，該刀柄采用熱脹冷縮的技術(shù)原理，熱量來源于感應(yīng)技術(shù)加熱。

圖4 熱脹冷縮刀柄

該刀柄加熱裝置具有感應(yīng)線圈（有些裝置采用高頻線圈），可以對刀柄中插入的刀具的區(qū)域進行精確地加熱。在插入刀具后，需要對刀柄冷卻一段時間，這可以通過冷卻套加速其冷卻速度。刀柄冷卻以后依靠其收縮力緊緊地夾住刀柄。通過熱脹冷縮夾緊的刀具，夾緊力大，而且可以承受很高的扭矩。

通過熱脹冷縮法夾緊的刀具幾乎成為受力非常均勻的一體式刀具，具有很多優(yōu)點：徑向跳動誤差精度很高，可達到3μm以下水平；傳動扭矩大，而刀柄的設(shè)計相對比較小巧。但其缺陷在于，相比液壓刀柄或應(yīng)力鎖緊式刀柄來講，其防振性能較差。

結(jié)語

通過對以上4中刀具夾緊系統(tǒng)的對比，我們了解到每種刀柄都有其自身的優(yōu)點和不足。用戶在實際生產(chǎn)時，要根據(jù)自身的生產(chǎn)特點來進行選擇，其中一個基本要求是：必須了解刀柄的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，只有這樣，才能確定安全而有效的加工參數(shù)。