選擇具有最好同心度和最大剛度以及最小振擺的刀具夾持器時，對加工工序將產生很大的好處：刀具壽命幾乎增加1倍 ，節約刀具成本和減少廢品。好的同心度和平衡也意味著切削載荷是均衡地分布在切削刃上的，從而允許更高的切削速度和進給率，這就意味著更高的生產率，更高的金屬去除率和更快的對機床投資的回收。

對大多數金屬加工的應用而言，彈簧夾頭仍然是可靠的解決辦法。然而彈簧夾頭的振擺、夾持力和平衡能力不都是良好的，那么對真正的高精加工有多種選擇，包括收縮配合、液壓的和液壓機械的夾頭。對于你的應用，選擇正確的型式，可能是改善加工工序的一條可行的路子。

高精加工刀具夾持技術分類

1. 液壓機械夾頭

該系統用液壓去驅動夾頭的機械 。一旦驅動以后，在夾頭中就不再有液體壓力了。液體壓力只是用來支持外套筒圍繞內套筒轉，該內套筒就是夾頭孔，外套筒沿著夾頭內2°錐面滑動，所以它滑過整個內套筒，從而引起內套筒去壓縮刀柄的圓周。這種夾頭具有很厚的壁，使得它可以用于粗銑加工，這對液壓夾頭而言，可能是一個剛度的挑戰 ，因為液壓夾頭有相對薄的壁，它被液壓流體包圍住，剛度相對低些。用戶插裝刀具是通過一只手或氣動泵連接到夾頭上的兩個氣門上來實現的。

每個夾頭上有兩個相互為180°對置的氣門。使用者把在泵上的閥置于“夾緊”的位置上，插入刀具并開始打氣。實際上可以用一只手把刀具裝在Z軸上，同時用另一只手打氣。該系統在45kN的壓力時動作。達到這個壓力時，使用者可以停止打氣，把閥放回到中間“0 ”位上并對夾頭卸荷，這時在刀柄上有42MPa的夾持壓力。該系統具有可與液壓及收縮配合的刀具夾持器相比的同心度和夾持力。在距端面約3倍于孔徑處的TIR小于0.0025mm 。而且夾緊力是均勻地分布在整個刀柄的周圍。該系統屬于低維護系統。夾頭沒有磨損件，唯一要求是保持孔的清潔。唯一可能要求維護的是在氣泵操作手把上的噴嘴?，F在正在用復合材料來制造噴嘴，以便當使用者擰得過緊時，不至于損壞夾頭上的氣門。更換操作手把上的噴嘴要比重做一個夾頭要便宜和容易得多 。

2. 液壓刀具夾持器

液壓刀具夾持器能保證剛度和自然平衡，而且它直接沿著自己的中心線夾持刀柄。就它們的本性而言，液壓夾頭將夾持刀具的整個直徑和長度，而且形成一根在具體刀具上它所能找到的軸線。液壓夾持器依靠夾持器金屬壁在液體壓力下均勻地壓縮。它們以相對薄的收縮內套筒去夾緊刀具為特點 。為了使夾持器夾緊，操作者插入刀具并用Allen板手轉動操縱螺桿。轉動的螺桿使活塞移動，迫使液壓流體進入夾持器本身和內部套筒之間的空隙中，由于轉動的螺桿所產生的液體壓力是預先設定的?？梢赃_到的夾緊壓力為21MPa或更大。

液壓刀具夾持器可以減少任何轉速上的振動，因為夾持器的油腔提供天然的阻尼。預先設定刀具也很簡單。下調刀具并調整調節螺桿向上或向下 ，直至它達到適當的長度。然后轉動操縱螺桿以夾緊刀具。相對薄的內套筒可以使液壓刀具夾持器保證360°夾緊刀柄。但是，這樣的套筒可能也限制夾持器在輕銑和鉆削工序上的應用。鉆削時，液壓的或收縮配合的夾持器都能滿足使用。如果是銑削，那最好用收縮配合的夾持器，因為它具有較高的動態剛度。在鉆削的情況下，橫向載荷低，要傳遞的是軸向推力和扭矩，而液壓夾持器做這個是完全勝任的。在銑削中，你必定遇到彎曲的邊緣載荷，液壓夾持器在其油腔內具有很大的柔性和某些順從性。內部套筒也可能被采用帶有諸如Weldon刀柄的刀具所損壞。夾緊系統的靈敏度和記憶性要求使用圓柱形的切削刀具。由非圓柱形刀柄所引起的彈性套筒的不適當或不均勻的變形可能使它在夾頭連續使用之后很難再裝載切削刀具 。

雄克公司設計了一種名為TRIBOS的刀具夾持器如圖4所示，具有兩種基本形式，圖4a為一刀具加長桿 ，用它夾持刀具可以起到延長刀具的作用，但必須與一刀具夾頭聯合使用；圖4b則為一完整的刀具夾頭，它既可夾持刀具又可直接與機床主軸聯接。TRIBOS刀具夾持器的特點在于，其夾持部位的外徑可以最大限度地減小到所希望的尺寸。例如夾持直徑為6mm的TRIBOS刀具夾持器，其夾持部外徑僅為10mm，在特殊情況下可以做得更小。

TRIBOS刀具夾持器的工作原理如圖5所示。其夾持孔具有特殊的幾何形狀 (圖5a)，在原始形狀下，刀具是無法插入夾持孔內的 。為了將刀具裝入夾持孔。必須使用一特制加載器給夾持段從外部施加壓力，使夾持孔變形成為圓形(圖5b )，于是刀具柄部可以順利地插入夾持孔內(圖5c)。當撤去外部載荷后，夾持孔試圖恢復其彈性變形，但受到已位于其中的刀具阻礙，于是刀具被強大的彈性回復力所夾緊 (圖5d)。根據同樣的原理，可將被夾緊的刀具重新取出。使用這種方法安裝和拆卸刀具都很便利，整個操作過程可以在短短的幾十秒鐘內完成。由于TRIBOS的夾緊運動具有軸對稱的特點，所以具有極高的夾持回轉精度 (≤3m)。這種刀具夾持器同樣也非常適用于高速加工 。

3. 收縮配合的刀具夾持

收縮配合的刀具夾持是近年已經談論得很多的技術，而且具有很好的理由：該系統比起其他任何技術更接近于提供集成刀柄的刀具。這就導致很低的振擺和很高的夾緊力，一個既可以改善加工精度和工件表面質量，同時還有助于延長刀具壽命的組合系統采用與裝配過程用的過盈配合相同的原理。夾持器采用電感應加熱，或其他方法加熱。當它達到315~425℃時，有意做小的夾持器內徑擴大，足以允許刀具插入。當夾持器冷卻時，它便以很大的力同心地夾緊刀具 。

圖6的熱收縮刀柄裝夾系統結構是德國OT-TOBILZ 公司在近幾年中研制與開發，它保存了熱收縮夾頭刀具系統振擺精度高、夾緊力大、適應高速切削的優點。改善了以往熱收縮刀柄裝夾系統存在的安裝與操作費力，在加熱過程中易引起刀柄出現熱疲勞和熱變形等缺點。

由圖6可知，裝夾系統在前后端都配有特殊的冷卻套，在刀具安裝過程中可以有效地促使環形襯套迅速收縮。夾頭可用硬質合金或高速鋼或40Cr等材料制作，使之與高速銑刀材料的熱膨脹系數相近。在高速銑刀安裝時，利用局部加熱方式，使整個刀具系統受加熱過程的影響較少，熱變形小。局部加熱方式可實現操作時間短，使加熱操作更為安全。此外，刀具安裝時的加熱溫度為中溫加熱，遠低于引起刀柄材質內部組織變化的溫度，使熱收縮夾頭刀柄裝夾系統的熱變形小。由于采用過盈式裝夾，這種裝夾方式可保證夾頭重復使用中具有高的裝夾精度，并保證刀具長度在熱裝后可進行調整。圖6的熱收縮夾頭刀柄裝夾系統的轉速范圍為15000～50000r/min。

熱收縮刀柄裝夾系統在高速切削過程中要求夾頭和刀具至始至終都要保持過盈合。銑刀和刀柄接觸壓力的大小和變化決定過盈配合狀態的好壞。圖7是刀柄孔徑接觸壓力的變化曲線分布圖，過盈量在2～10μm范圍時，過盈量越大接觸壓力越大，夾緊力則越大。最大接觸壓力和突變都發生在銑刀的頭部或刀柄的內孔里端，這主要是受集中載荷力作用的結果。

圖8是孔徑的徑向位移量變化曲線圖，載荷范圍是50～300N。由圖中可知當負載增加時，熱收縮刀柄的內孔孔徑會向外發生膨脹，即徑向位移。內孔孔徑的膨脹量隨負載增加而增加，徑向位移量也隨之增大，夾緊力則隨著徑向位移量的增大而減小。徑向位移量的大小則隨著安裝時過盈量的大小而變化，過盈量越大，徑向位移量則減少。在切削過程中隨著外載的增加，過盈量處在6～8μm之間時，內孔孔徑的徑向位移量的變化速率較慢。

結 語

高速切削加工工藝為現代模具制造提供了高效加工手段。但要充分發揮現代高速切削機床的加工能力，尚需充分重視機床附件的正確選擇與應用。在此，刀具夾緊系統——連接刀具和機床主軸的關鍵環節即是一個不可忽視的重要因素。