选用正确刀柄是控制成本的关键

HEATS

由于刀具夹持方式的不同，尺寸精度、表面质量、换装时间和刀具磨损等大量因素都会受到影响。因此，刀柄对加工工件的质量和加工费用具有直接影响。

在切削加工中，刀柄是刀具与机床之间的关键性接口。在各个加工场合，是否选择了正确的刀柄会影响很多因素，如：尺寸精度、表面质量、换装时间和刀具磨损，这最终影响到所加工工件的质量和成本。

8 B1 a1 r2 r; u$ K

! \9 s r$ K. s' k3 Z# k \. U

图1 作为刀具与机床之间的关键接口，刀柄影响着加工工件的质量

' G" @3 `4 g8 J. k1 h3 i

如同存在不同的加工场合一样，市场上也没有一种刀柄可以适用于所有加工的需要。因此，随着加工技术的发展，SCHUNK公司三十多年来开发了五种不同的高精度刀柄系统。有了这几套刀柄，即可满足用户各种切削任务的需求。其适用行业从电子、钟表工业的微细加工至金属切削高速加工（HPC/HSC）的全面范围；既有高价值高精度的刀柄，又有价廉物美且适合大切削量加工的刀柄。

夹紧回转精度决定了被加工工件的尺寸精度

4 L9 m. l+ _; Y% E Y

高精度刀柄，如TENDO静压膨胀式刀柄和TRIBOS应力锁紧式刀柄除制造上很高的结构尺寸保证外，均经过一系列动平衡校准，以达到很高的夹持回转精度。具此特性不仅可以提高工件的质量，也极大地降低了加工费用。由此所耗费的加工成本明显低于传统的加工成本，这是因为采用高精度刀柄延长了刀具的使用寿命。与传统的弹簧刀柄相比，TENDO静压膨胀式夹紧技术（图2）和TRIBOS应力锁紧式夹紧技术（图3）仅由于降低刀具磨损一项，即可节省成本多达 27%。

7 z7 f+ K! r( J

图2  Tendo静压膨胀式刀具夹头显示出优秀的夹持
回转精度和很高的可重复精度以及极佳的振动阻尼

 

! M6 o0 N9 d7 U) ^- I3 _

图3  采用Tribos应力锁紧夹紧技术时，刀柄通过夹持孔的弹性
变形夹紧刀具，因其不同的结构特征，可夹持从0.3～32mm的刀具

SCHUNK 的高精度刀柄系统具有极高的夹持回转精度，用户在采用时即可对工件进行精确的加工并达到极高的尺寸精度。虽然，热缩刀柄和高精度弹簧刀柄在出厂时也可以达到较高的夹持回转精度，但由于夹紧技术的不同仍存在差异。实验表明：热缩刀柄由于其材质在热膨胀的影响下会逐渐丧失夹持精度；而依靠静压油腔变形的 TENDO或常温下材料应力变形夹紧的TRIBOS刀柄在多次更换刀具之后，仍然可以保持径向回转跳动不超过0.003mm。

在振动阻尼方面，SCHUNK各刀柄系统的数值均反映出极宽的适应性。其中TENDO静压膨胀式刀柄和TRIBOS-R型应力锁紧式刀柄表现尤为突出。TENDO静压膨胀式刀柄通过结构对称的油腔内壁夹紧刀具，通过使用一只六角扳手拧紧加压螺栓，将压力均匀地传递到油腔的每个部位。油腔内壁受压均匀而且对称地向轴线方向膨胀，从而夹紧刀具。随着每次夹紧和松开，加压螺栓都固定地达到同一个位置，保障了重复夹紧精度的要求。由于油的振动阻尼大于钢的阻尼，所以TENDO 刀柄也具有极高的阻尼特性。同样的，TRIBOS-R型应力锁紧式刀柄采用空腔结构填充塑性阻尼材料，亦具备了相似的阻尼特性，从而达到极安静的加工效果。SINO通用型刀柄因配有塑性材料的内衬，因而也具备相类似的优点。

实验证明，如用户选用带振动阻尼的夹紧技术，投资是值得的。由于阻尼的作用，刀具的切削状态得到改善，刀具受到良好的保护，其使用寿命得到延长。如实验结果所示，由于振动特性得到改善，刀具使用寿命最多可延长47%（图4）。与此同时，用户还可以获得更好的工件表面质量。

! m7 }# x( R& B" b1 H' f7 y

( C# L$ v; Q5 ~1 f# `( q

图4  刀柄的振动阻尼特性对刀具的使用寿命带来
决定性的影响。试验表明，采用Tendo静压膨胀式
刀具夹头时，刀具的使用寿命最多可以延长47%

' P. l4 t! F. r5 l Z& f( @: P

带振动阻尼特性的刀柄的另一个好处是其对设备主轴的影响。如果阻尼比较弱的化，振动会直接被传导到主轴上；而带有振动阻尼特性的刀柄则会发挥缓冲作用。这样既可保护主轴和设备上较昂贵的部件，又可延长主轴的使用寿命。

4 X/ q1 ]. k6 Q3 [+ B! R

在完成较大切削量的切削任务时，较高的径向力会作用到刀柄上。如果想在较短的时间内达到较大切削量的话，建议采用能够承受这种径向力的系统。SINO-R强力型刀柄、TRIBOS-R型刀柄和CELCIO热缩技术刀柄均是不错的选择。这几种刀柄系统均具备较高的径向刚度，在大切削量的情况下能够平稳地加工。而前两种系统还具备极好的振动阻尼特性。

刀具更换更快换装时间更短

1 u; Y. I2 x- S

对于经常需要对刀具进行换装的客户来说，在选择合适的刀柄时换装时间也有着重要的影响。TENDO液压刀柄和SINO通用型刀柄只需一只简单的六角扳手或月牙扳手，即可在 30s内对刀具进行更换。其无需采用外围设备，不仅换装时间短，且无需额外费用。而热缩式的刀柄更换刀具需要专门的热缩设备，其采购价格大约需要10 000欧元。对比其他刀柄装夹技术，热缩刀柄所需时间最长，包含受热刀柄冷却在内的换装时间需要10min。在很多换装过程中，这一点是非常不利的。

在加工中工件越小或转角越大时，刀柄的外形尺寸就越显重要。特别是在狭窄空间里进行切削作业时，瘦长的TRIBOS-S或超长的TENDO-LSS刀柄就非常适用。同时，这两种装置也适合高速加工的领域。其中，TRIBOS-SVL刀柄延长杆（图5）亦可以与不同的刀柄组合来完成上述难加工部位的加工。由于延长杆的夹持精度在0.003mm以内，因此在很多场合使用这种延长杆后，较贵的特殊刀具就可以省去。

图5  TRIBOS-SVL刀柄延长杆可与不同的刀柄组合来完成难加工部位的精确加工

为了夹持直径在0.3~3mm的刀具进行微型切削作业，SCHUNK公司可提供TRIBOS-Mini型装置。在医药、模具、电子电器以及钟表行业，这种装置非常受欢迎。

& f4 O ~5 M7 A- t

SCHUNK公司曾经对刀柄进行硬度实验，也提供了各种不同夹持系统的试样，其结果是：刀柄对刀具的使用寿命和设备主轴的负荷有着重大影响。带有刀具保护功能的刀柄系统可以成为制约费用上升的因素，并显示出巨大的成本节约潜力。

7 W) X3 [( k* `" g. L

图6  刀柄的价格只占整个切削费用的很小一部分，但
从长远看，较低廉的刀柄也可以导致极高的费用产生

8 t& v I6 ] ?9 u: h

在初期投入中，刀柄的购置成本成为一项主要考虑因素，但是与加工时间有关的费用节省很快就会引起人们的注意。另人惊奇的是刀柄的购置费用对整个切削费用影响不大，正如把静压膨胀式刀柄与热缩式刀柄所作的对比表明：尽管热缩刀柄的购置费用较低，但是在使用TENDO液压刀柄19h后，使用TENDO液压刀柄的加工费用就已经明显变得更低。在最低价和最昂贵的系统之间分别进行100h的有效使用后，结果是两者之间的加工费用差异达到771欧元。

【MechNet】

9 e0 }* D( B5 \) |8 t1 Z