方便、可靠的高精度刀具夹头

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! J) e7 `: V7 ~6 R图1　雄克公司静压膨胀式刀具夹头结构示意
随着数控机床的普及应用和切削加工向高速、高精度方向发展，对带柄刀具的夹紧系统提出很高的要求，传统的刀具夹紧方法已不能适应新的要求而成为制约刀具性能发挥的瓶颈。为此，近些年来国外相继开发了一些夹紧精度高、传递扭矩大、结构对称性好、外形尺寸小的新型刀具夹头。德国雄克(SCHUNK)公司的静压膨胀式和应力锁紧式刀具夹头则是其中很知名的两种。
静压膨胀式刀具夹头
雄克公司于1983年推出了命名为“TENDO”的标准系列静压膨胀式(俗称液压式)刀具夹头(图1)。夹头的夹紧部分含有一薄壁油腔，通过拧紧加压螺栓，油腔内的油以极高的压力将油腔内壁均匀地向轴线方向挤压，从而起到固紧刀具的作用。油腔的几何形状、内壁厚度及油压都经过精确的计算，因而能够保证重覆夹紧时夹紧力都在所要求的范围之内。
; z1 Y" ]% `6 G) r8 s这种刀具夹头装卸圆柱体刀具非常便捷，仅用一把六角板手即可完成。同时它还集高精度和强力夹紧于一身，粗加工和精加工都适合使用。此种刀具夹头有粗状型、细长型等多种类型，与机床主轴的接口也有SK、BT、HSK等各种型式。不同类型的夹头直接夹持的刀具直径也不相同，最大为Ø32mm，但可借助减径套使一个夹头能夹紧多种直径的刀具。
静压膨胀式刀具夹头夹持回转精度极高，在悬伸3D处的径向跳动不超过3µm，相应导引出三大优点：一是有利于提高加工精度；二是可以保证多刃刀具在圆周上分布的各切削刃以均等的切入深度切削工件，这既可减少刀具磨损，又可避免过高的切削力；三是有利于减少偏心质量，以确保高速运转时刀具的动平衡。此外，这种刀具夹头的油腔结构及其中的高压油使结构阻尼增加，能抑制切削加工过程产生振动，从而可明显改善被加工表面粗糙度。
7 P0 f& j& M9 j# k" G. ^国外一些应用实例表明，使用这种刀具夹头不仅可以提高加工质量，而且可以得到更好的经济效果。例如德国一家汽车配件厂，原使用常规深孔钻夹头对年产量13,500件的铸铝件(AlSi10MgCu)进行深孔加工，钻头只能钻20孔~25孔便会损坏，为保证不会因钻头损坏而出现废品，钻头实际使用寿命仅为15次孔~18次孔。当改用静压膨胀式刀具夹头后，在同样的工艺条件下使用同样的钻头要钻40个~43个孔才会损坏，这时钻头的推荐使用寿命为35次孔~37次孔。虽然静压膨胀式刀具夹头比常规夹头单价高，但在上述实例中采用它会导致钻头使用寿命增加约两倍，其每年所节省的刀具费用是使用此种刀具夹头多支出费用的45倍，经济效益十分明显。
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% _, P# R+ ?/ A& h9 x2 F. P  ^, D图2　应力锁紧式刀具夹头工作原理示意
5 f; Z$ |5 ]& R其后雄克公司又推出一种名为“TRIBOS”的应力锁紧式刀具夹头，它没有专门的夹紧元件，是利用夹头本身的变形力来夹紧刀具。如图2所示，在自由状态下这种夹头为近似三菱形的轴对称特殊几何形状，其内切圆直径小于要装夹的刀柄直径，装刀前借助一个特制的液压加力装置，使夹持孔受力变成圆形并略大于刀柄直径，这时可轻松地插入(或取出)刀具，然后卸掉所加外力，内孔重新收缩为轴对称特殊几何形状而牢固地夹紧刀柄。这种刀具夹头结构紧凑、对称，装卸便捷，夹持回转精度高(≤3µm)，已广泛用于模具、汽车、航空航天等制造领域。
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