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，對于加工質量的好壞產生著重要的影響。

在現代大型高速加工設備被越來越多地應用到生產環(huán)節(jié)中的條件下，如何選擇合適的刀柄以適應逐漸提高的機床主軸轉速，加工出高精度的模具型面，技術人員必須綜合考慮刀柄的各種特性，尤其是在高速運轉條件下的夾緊力和徑向跳動誤差精度及其動平衡質量，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)具有不同的技術特性和優(yōu)點，根據客戶的特殊應用目的，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，但大部分應用領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產生一個液壓油壓力，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定位精度控制在3μm以下。由于刀柄內存在有高壓油液壓力，當刀具被夾緊時，內藏的油腔結構及高壓油的存在大大地增加了結構阻尼，可有效防止刀具和機床主軸的振動。實際應用表明，使用這種夾緊系統(tǒng)不僅可以提高加工精度和質量，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導引到膨脹套筒中（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，消除打滑現象，保證主軸的扭矩可以很好地傳遞給刀具。

應力鎖緊式夾頭

應力鎖緊式夾頭采用多面刀具夾緊方式（圖2），這是一種結構極其簡單，但設計功能相當高的夾緊裝置。刀具裝夾孔具有經精確計算而設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變成圓形，從而順利地將刀具裝入孔內，卸載后刀具即被巨大的變形恢復力牢固地夾緊。

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不同的應用目的。

1.細長型刀柄

此類刀柄最為適合于夾持刀柄設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量。

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

對于高速加工應用領域而言，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實現的，不僅可以提供極高地刀柄回轉精度，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便可完成，因而，該種刀具夾緊系統(tǒng)可以應用于多個領域，尤其是要求頻繁更換刀具的應用領域。

通用刀柄

如圖3所示，通用刀柄目前主要有兩種應用方案：適用于輕型加工應用領域，適合于中型和重型加工應用領域。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各種夾持直徑的刀具；通過使用內部長度調節(jié)螺絲，可以非常精密地調節(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原理，熱量來源于感應技術加熱。

圖4 熱脹冷縮刀柄

該刀柄加熱裝置具有感應線圈（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，而刀柄的設計相對比較小巧。但其缺陷在于，相比液壓刀柄或應力鎖緊式刀柄來講，其防振性能較差。

結語

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。用戶在實際生產時，要根據自身的生產特點來進行選擇，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。