美日分享：一個高效的加工方案，必須綜合考慮刀柄的各種特性，尤其是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的夾緊力和徑向跳動誤差精度及其動平衡質(zhì)量，這樣有利于降低刀具本身存在的振動。

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有效控制刀具跳動的工藝
刀柄按照夾持種類有彈簧刀柄、液脹刀柄、熱縮刀柄等不同形式。這其中熱縮刀柄是利用熱脹冷縮的原理工作的，用熱感應(yīng)裝置使刀柄的夾持部分在短時間內(nèi)加熱，使得刀柄內(nèi)徑擴(kuò)張，然后立即把刀具裝入刀柄內(nèi)。
加工案例：Φ32合金鋼材料
轉(zhuǎn)速：1000rpm
進(jìn)給：350mm/min
刀柄冷卻收縮時，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，刀具和刀柄間不介入任何機(jī)械夾持部件。熱裝刀柄可解決高速精加工中極為重要的平衡、振擺精度及夾緊強(qiáng)度等問題。

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熱縮刀柄的運(yùn)作過程
熱縮刀柄熱量來源于感應(yīng)技術(shù)加熱。如視頻所示，熱脹刀柄加熱裝置具有感應(yīng)線圈，可以對刀柄中插入的刀具的區(qū)域進(jìn)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夾住刀柄。
以熱脹冷縮原理夾緊的刀具幾乎成為受力非常均勻地一體式刀具，具有很多的優(yōu)點(diǎn)：徑向跳動誤差精度很高，可達(dá)到3μm以下水平；傳動扭矩大，而刀柄的設(shè)計相對比較小巧。

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熱縮刀柄的應(yīng)用場景分析
根據(jù)壁厚，夾持刀具長度，過盈量，熱縮刀柄分為以下三種：
1.標(biāo)準(zhǔn)型。
2.加強(qiáng)型：壁厚加大，用于航空航天行業(yè)重載強(qiáng)力銑削刀具夾持。
3.輕型：加長薄壁，用于模具深型腔加工。

以HSK63A熱縮刀柄為例，利用有限元軟件ANSYS，根據(jù)熱縮刀柄一一刀具配合的夾持力的不同影響因素，分別建立有限元模型，分析結(jié)構(gòu)因素對夾持力的影響，得出熱縮夾頭和刀具的材料物理特性.

各影響因素與夾持力（或接觸壓力）的相關(guān)性如表2所示。其中，熱縮夾頭的壁厚、配合過盈量和接觸長度與接觸壓力具有正相關(guān)性。

增大熱縮夾頭的外壁壁厚、熱縮夾頭一一刀具配合的初始過盈量和接觸長度，均會增大夾持力；在相同的初始過盈量條件下，內(nèi)孔較大的熱縮夾頭夾持力較??；隨著主軸轉(zhuǎn)速提高，熱縮夾頭一一刀具配合過盈量減小，夾持力也會相應(yīng)減小。切削傳熱導(dǎo)致熱縮夾頭溫度升高，同樣也會減小配合過盈量，從而降低熱縮夾頭對刀具的夾持力。

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熱縮刀柄與液壓/彈簧刀柄
▌ 彈簧夾頭
主要用于鉆頭、銑刀、絲錐等直柄刀具及工具的裝夾，卡簧彈性變形量1mm，夾持范圍在直徑 0.5~32mm。

▌ 液壓刀柄
液壓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(dāng)螺栓擰緊時便會推動活塞的密封塊在刀柄內(nèi)產(chǎn)生的一個液壓油壓力，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。
液壓刀柄一般可以將徑向跳動誤差精度和重復(fù)定位精度控制在3μm以下。由于刀柄內(nèi)存有高壓油液壓力，當(dāng)?shù)毒弑粖A緊時，內(nèi)藏的油腔結(jié)構(gòu)及高壓油的存在增加了結(jié)構(gòu)阻尼，可有效防止刀具和機(jī)床主軸的振動。

▌ 熱縮刀柄
根據(jù)以上可知，熱縮刀柄夾緊力大，動平衡好，適合于高速加工。與彈簧夾頭以及液脹刀柄相比，動平衡和剛性都較好，標(biāo)準(zhǔn)化的操作帶來了較低的使用成本。

▲刀柄評估比對
這些不同的刀柄系統(tǒng)因為加工原理、加工設(shè)計和方式的不同，優(yōu)勢也不盡相同。比如一個剛性較高的刀柄并非適用于所有加工，一個非常適合高速加工的刀柄可能就不能滿足其他的一些加工需求，因此準(zhǔn)確分析才是形成合理工藝方案的前提。

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