前言

近年來，高速加工技術(shù)在零件加工及模具制造中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，與此同時(shí)，高速加工機(jī)床對(duì)相應(yīng)的刀具夾持技術(shù)和裝備（如刀柄等）提出了更高的要求，而且對(duì)動(dòng)平衡的要求也非常高，不僅要求主軸組件需精密動(dòng)平衡（G0．4級(jí)以上），而且要求刀具及裝夾機(jī)構(gòu)也需精密動(dòng)平衡，但傳遞轉(zhuǎn)矩的鍵和鍵槽很輕易破壞動(dòng)平衡，而標(biāo)準(zhǔn)的7／24錐柄較長(zhǎng)，很難實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)無間隙配合，一般只要求配合眼前段70％以上接觸，因此，配合面后段會(huì)有一定的間隙，該間隙會(huì)引起刀具徑向跳動(dòng)，影響動(dòng)平衡。

在高轉(zhuǎn)速、高離心率的情況下，雙面夾緊刀柄（HSK）與主軸的結(jié)合更加緊密，也更具剛性，已在進(jìn)步加工效率方面取得了明顯效果。不過當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)30000r／min或以上時(shí)，主軸、刀柄、刀具三者在旋轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)具有極高的同心度及動(dòng)平衡能力，否則轉(zhuǎn)速越高，離心力越大，當(dāng)達(dá)到系統(tǒng)的臨界狀態(tài)后，將會(huì)使刀柄、刀具系統(tǒng)發(fā)生激振，其結(jié)果是加工質(zhì)量下降，刀具壽命縮短，主軸軸承磨損嚴(yán)重甚至損壞。

刀具夾持技術(shù)總是以精益求精和進(jìn)步為核心。由于雙面夾緊刀具系統(tǒng)很難在高速高精度加工方面有新的突破，為了進(jìn)步刀具、刀柄與主軸的聯(lián)接精度，采用HSK刀柄及熱裝式工具夾緊系統(tǒng)取代彈簧夾緊、側(cè)固等系統(tǒng)越來越引起了人們的關(guān)注。

熱脹系統(tǒng)的原理

熱脹系統(tǒng)通常都是利用熱感應(yīng)線圈使刀柄的夾持部分在短時(shí)間內(nèi)加熱，使刀柄內(nèi)徑隨之?dāng)U張，此時(shí)立即把工具裝進(jìn)刀柄內(nèi)，而刀柄冷卻收縮時(shí)，即可賦予刀具夾持面均勻的壓力，從而產(chǎn)生很高的徑向夾緊力，將工具牢牢夾持住。因此，熱脹系統(tǒng)是一種刀具與刀柄間不參與任何物質(zhì)的熱裝式工具夾緊方法，它可解決高速高精度加工中極為重要的平衡、振擺精度及夾緊強(qiáng)度等題目。

熱脹系統(tǒng)使用電感加熱，其特點(diǎn)是：通過有目的加熱使得刀具更換在數(shù)秒內(nèi)完成；通過材料的選擇和適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ㄊ沟脢A具使用壽命進(jìn)步；強(qiáng)度高，張緊力巨大；易操縱，且安全可靠；適用于硬質(zhì)合金鋼和高速合金鋼的夾緊；高強(qiáng)度夾具；通過與配件相結(jié)和使得機(jī)器的應(yīng)用范圍極為廣泛；圓周跳動(dòng)小于0．003 mm。

電熱夾具可提高刀具夾持力性能

固然有關(guān)于電熱式夾緊刀具的標(biāo)準(zhǔn)，但是這些標(biāo)準(zhǔn)只涉及到電熱式夾緊刀具的外部形式。對(duì)于電熱夾緊刀具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即直接與銑刀柄接觸的部位，到目前為止也沒有出臺(tái)相應(yīng)的規(guī)定。有人很早就建議，?？赐浑姛崾綂A緊刀具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、尺寸，但是，一直沒有終極結(jié)果。因此，各個(gè)刀具生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的電熱夾緊刀具中，盡管外表相似，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)各有千秋。這些種種不同不僅出現(xiàn)在電熱夾緊裝置上，即使是在刀具錐柄孔的尺寸、結(jié)構(gòu)上也有很大區(qū)別。因此，刀具夾緊力的差別也很大。

刀具的夾持力過小，在銑刀的銑削過程中可能會(huì)出現(xiàn)刀具松脫的現(xiàn)象，假如生產(chǎn)廠家不標(biāo)明其生產(chǎn)的刀具夾緊力的大小規(guī)格，那么用戶最好小心從事。作為刀具夾緊裝置的專業(yè)生產(chǎn)廠家，Haimer公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的電熱夾緊刀具夾持器的夾緊力是其同行的3倍。他們的產(chǎn)品之所以有如此高的夾緊力，關(guān)鍵是與銑刀刀柄相配合的孔有關(guān)——電熱夾緊刀具夾持器孔的配合長(zhǎng)度盡可能延長(zhǎng)，所選擇的配合公差盡可能小。由于該生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的電熱夾緊刀具夾持器在銑刀安裝的進(jìn)口處增加了長(zhǎng)度為5～10mm的引進(jìn)導(dǎo)向倒角。在這5～10mm的長(zhǎng)度上，不對(duì)銑刀實(shí)施夾持，從而也沒有刀具夾緊力矩。與此相類似，在刀具配合孔的末端，刀柄配合孔的配合為間隙配合，且選擇的間隙較大。這樣，刀柄與孔配合的長(zhǎng)度尺寸相對(duì)減少。而在Haimer公司生產(chǎn)的電熱夾緊式刀具夾持器中，他們選擇的配合公差較其他生產(chǎn)廠家的要小，可進(jìn)一步進(jìn)步夾持器夾緊力的性能。采取了減少引進(jìn)倒角長(zhǎng)度、縮短末端間隙配合長(zhǎng)度及更小的配合公差三項(xiàng)措施后， Haimer公司生產(chǎn)的6mm銑刀的夾緊力矩高達(dá)20Nm；20mm銑刀的夾緊力矩高達(dá)500Nm。

安裝引進(jìn)倒角的長(zhǎng)度尺寸較小時(shí)，對(duì)電熱夾緊式刀具的安裝沒有影響。銑刀在操縱者的手中僅僅停留幾秒鐘，直至達(dá)到一定的加熱溫度為止，然后夾持器就會(huì)牢牢地將銑刀夾緊。安裝引進(jìn)倒角的尺寸較大時(shí)，固然有利于刀具的安裝，但是也增加了夾緊力矩的負(fù)擔(dān)。只有采用合適的電熱裝置才能保證順利的裝夾、拆卸刀具。為了保證整個(gè)配合長(zhǎng)度能均勻加熱，電熱裝置與其電熱線圈必須具有特別的結(jié)構(gòu)形式，而10kW的Power－Clamp電熱裝置可以在2～10s內(nèi)（視刀具尺寸）將電熱夾緊夾持器的整個(gè)配合長(zhǎng)度均勻加熱。

電熱夾具內(nèi)的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)螺栓的尺寸優(yōu)化

A． 調(diào)節(jié)螺栓由普通螺紋改為細(xì)牙螺紋

銑刀熱裝冷卻后，與機(jī)床形成一個(gè)整體。假如調(diào)節(jié)螺栓采用的是普通螺紋，則螺紋間隙較大，可能出現(xiàn)螺栓微小的歪斜，這會(huì)引起銑刀拉緊后圓跳動(dòng)不理想。采用細(xì)牙螺紋后則不再出現(xiàn)這種情況。

B． 調(diào)節(jié)螺釘有兩個(gè)內(nèi)六方

假如銑刀切削正常，雙內(nèi)六方優(yōu)點(diǎn)是體現(xiàn)不出來的。但當(dāng)銑刀在電熱式夾持器中折斷時(shí)，斷裂在夾持器中的殘留刀柄則擋住了普通的內(nèi)六方扳手頭，使斷損的刀柄無法取出。在這種情況下，另一真?zhèn)€內(nèi)六方頭就發(fā)揮作用了，將夾持器插進(jìn)加熱裝置加熱后，用另一真?zhèn)€內(nèi)六方扳手頭就可頂出折斷的刀柄。

C． 調(diào)節(jié)螺栓有兩個(gè)銑削加工的小平面

采用內(nèi)冷方式冷卻銑刀時(shí)，冷卻液可通過這兩個(gè)小平面直達(dá)銑刀刀尖。在銑刀工作時(shí)，調(diào)節(jié)螺栓與銑刀之間的空腔中的冷卻液不會(huì)帶來什么影響。但是在加熱退出刀具時(shí)，電熱裝置的電熱線圈的加熱溫度可達(dá)350℃。在這樣高的溫度下，積留在空腔中的冷卻液就會(huì)急劇膨脹，當(dāng)夾緊力矩不再能“抓牢”銑刀時(shí)，銑刀會(huì)像子彈一樣射出。但當(dāng)調(diào)節(jié)螺栓上有了這兩個(gè)銑削的小平面后，會(huì)使積留的冷卻液受熱后從兩個(gè)銑削平面形成的通道中流出，從而可防止意外情況的發(fā)生。