近年來，數控機床朝著“高速、高效、高精度”的方向發展，中中國產加工中心的主軸轉速一般為8000～12000r/min，國外加工中心的主軸轉速一般為10000～18000r/min，德國、瑞士等國新推出的高速加工中心或高速銑床的主軸最高轉速一般在10000～60000r/min，同時，主軸具有很高的迴轉精度。這樣，人們除了要求刀具符合高速機床的要求之外，對刀具夾持系統也提出了很高的要求，具體表現在夾持迴轉精度、動平衡效能以及動力學效能等各個方面。從而使新型精密刀具夾持技術---靜壓膨脹式刀具夾頭應運而生。
靜壓膨脹刀具夾持系統
結構原理
靜壓膨脹式刀具夾頭的結構如圖1所示。在夾頭主體與裝夾孔的膨脹壁之間有一個環形封閉油腔，油腔內充滿了專用液壓油，可以將油壓均勻地傳遞到密閉油腔的每個部分，同時還增加結構阻尼，改善夾頭的動力學特性，對減小振動、提高加工質量具有顯著的效果。裝夾孔的膨脹壁是經過精確計算而設定的，具有很好的彈性，能在油壓達到設定值時產生需要的膨脹量。裝夾孔內壁上制有環槽，在夾緊時可以容納裝夾孔內壁和被夾刀具之間的殘餘潤滑物，保持裝夾孔壁的清潔和乾燥，保證扭矩的可靠傳遞。當用內六角扳手擰緊加壓螺栓、提高油腔內的油壓時，封閉油腔中的每個部分都會受到相同的壓力，使油腔的內壁均勻而對稱地向軸線方向膨脹而夾緊刀具；當鬆開加壓螺栓時，油腔內油壓回落，裝夾孔內壁在彈性恢復力的作用下恢復到原始直徑而鬆開刀具。
圖1 靜壓膨脹式刀具夾頭結構示意圖
結構優點
1、具有優良的技術性能：夾持迴轉精度<3μm，重複夾緊精度<2μm，能夠提供穩定可靠的夾緊力，並且能夠有效地提高切削加工的精度和加工表面質量。
2、極優的阻尼減振效能：夾緊繫統具有全封閉結構，無磨損，經久耐用。可以顯著改善刀具在切削加工中的受力狀態，成倍提高刀具使用壽命。
3、靜壓膨脹式刀具夾頭可以傳遞很高的扭矩：表2為雄克公司開發的靜壓膨脹式刀具夾頭直接夾緊所能傳遞的扭矩。
表2
4、結構用途多樣：靜壓膨脹結構不但可以做成夾緊刀杆外圓的夾頭，也可以做成芯軸脹緊內孔，用於夾持滾刀等，還可以做成同時夾緊外圓和脹緊內孔的複合刀具夾頭。
5、裝卸刀具簡單方便。
適用範圍
1、最佳工作溫度
靜壓膨脹式刀具夾頭的最佳工作溫度範圍為20～ 50 ℃(刀具夾頭主體的溫度)，最低工作溫度10 ℃，最高工作溫度80 ℃。當實際工作溫度超過50 ℃時，生產企業要對刀具夾頭做特殊處理。在使用冷卻液的情況下，刀具夾頭的主體溫度均能滿足<50 ℃的要求。
2、介面形式
靜壓膨脹式刀具夾頭的介面是指刀具夾頭上與機床主軸連線的部位。為了能在多種機床上使用，刀具夾頭的介面有多種形式，其中常用的有:符合德國工業標準DIN 69871的SK 型(常用SK40 、SK50)，符合日本工業標準JIS B 6339的BT型(常用BT30 、BT40 、BT50)，符合德國工業標準DIN 69893 的HSK-A(32 ～ 100)、HSK -C(32 ～ 100)、HSK -E(32 ～ 63)型以及ABS 型等。靜壓膨脹式刀具夾頭直接夾持刀具的最小直徑為6mm，最大直徑為32mm；使用32mm減徑套後的最小夾持直徑為6mm，最大夾持直徑為25mm；使用 20mm減徑套後的最小夾持直徑為3mm，最大夾持直徑為17mm；使用12mm減徑套後的最小夾持直徑為3mm，最大夾持直徑為8mm 。
圖3 液壓雙面夾頭FS300刀具系統
3、對刀具的要求
當被夾刀具的外徑為6～8mm時，要求刀杆的精度等級為h6；當刀具外徑大於8mm時，刀杆的精度等級可以放寬到h7。同時，要保證刀杆被夾持的最小長度，例如∅20mm的刀具的最小夾持長度為42.5mm，實際使用時只要將刀具在刀柄孔中插到底即可。刀杆型式必須符合DIN1835的A型（光滑圓柱刀杆）和AB型（中部銑有平面的圓柱刀杆），其它型式的刀杆要加中間過渡套才能使用。刀具夾頭的最佳工作溫度為20～50℃，當實際工作溫度超過50℃時，生產企業要對刀具夾頭做特殊處理。
例項應用
德國雄克公司開發的靜壓膨脹式刀具夾頭作為當今國際上最先進的刀具夾頭之一，能夠有效地提高切削加工的精度和工件表面質量，顯著改善刀具在切削加工中的受力狀態，成倍提高刀具使用壽命。
圖4 靜壓膨脹式刀具
生產靜壓膨脹式刀具夾頭需要經過精確的理論計算、優良的熱處理和精密的製造過程。為了適應高速切削的要求，還要進行動平衡檢測和除錯。動平衡一般是按照德國工業應用研究組織AIF推薦的動平衡指標：
圖5 動平衡指標
如果有更高的轉速要求，經過更精細的動平衡，可以使靜壓膨脹式刀具夾頭適用於50000r/min的工作轉速。在德國達姆施塔特生產技術和切削機床研究所進行的測試中，雄克公司的靜壓膨脹式刀具夾頭在105r/min的轉速下仍能保持良好的力學效能。
結論
根據靜力液壓膨脹原理而研製開發的靜壓膨脹式刀具夾頭以其極高的夾持精度在現代金屬切削加工領域越來越受到重視。它不僅對提高加工精度起著極其重要的作用，而且對於改善切削加工的經濟效益常常起到令人意想不到的效果。適用於在加工中心、高精度鏜銑床和柔性自動生產線等金屬切削加工裝置上夾持鑽頭、鉸刀、銑刀等。在中國也有越來越多的機械加工企業使用了這種刀具夾頭，希望有更多的國內企業能瞭解和應用這種先進的刀具夾頭。
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近年來，數控機床朝著“高速、高效、高精度”的方向發展，中中國產加工中心的主軸轉速一般為8000～12000r/min，國外加工中心的主軸轉速一般為10000～18000r/min，德國、瑞士等國新推出的高速加工中心或高速銑床的主軸最高轉速一般在10000～60000r/min，同時，主軸具有很高的迴轉精度。這樣，人們除了要求刀具符合高速機床的要求之外，對刀具夾持系統也提出了很高的要求，具體表現在夾持迴轉精度、動平衡效能以及動力學效能等各個方面。從而使新型精密刀具夾持技術---靜壓膨脹式刀具夾頭應運而生。
靜壓膨脹刀具夾持系統
結構原理
靜壓膨脹式刀具夾頭的結構如圖1所示。在夾頭主體與裝夾孔的膨脹壁之間有一個環形封閉油腔，油腔內充滿了專用液壓油，可以將油壓均勻地傳遞到密閉油腔的每個部分，同時還增加結構阻尼，改善夾頭的動力學特性，對減小振動、提高加工質量具有顯著的效果。裝夾孔的膨脹壁是經過精確計算而設定的，具有很好的彈性，能在油壓達到設定值時產生需要的膨脹量。裝夾孔內壁上制有環槽，在夾緊時可以容納裝夾孔內壁和被夾刀具之間的殘餘潤滑物，保持裝夾孔壁的清潔和乾燥，保證扭矩的可靠傳遞。當用內六角扳手擰緊加壓螺栓、提高油腔內的油壓時，封閉油腔中的每個部分都會受到相同的壓力，使油腔的內壁均勻而對稱地向軸線方向膨脹而夾緊刀具；當鬆開加壓螺栓時，油腔內油壓回落，裝夾孔內壁在彈性恢復力的作用下恢復到原始直徑而鬆開刀具。
圖1 靜壓膨脹式刀具夾頭結構示意圖
結構優點
1、具有優良的技術性能：夾持迴轉精度<3μm，重複夾緊精度<2μm，能夠提供穩定可靠的夾緊力，並且能夠有效地提高切削加工的精度和加工表面質量。
2、極優的阻尼減振效能：夾緊繫統具有全封閉結構，無磨損，經久耐用。可以顯著改善刀具在切削加工中的受力狀態，成倍提高刀具使用壽命。
3、靜壓膨脹式刀具夾頭可以傳遞很高的扭矩：表2為雄克公司開發的靜壓膨脹式刀具夾頭直接夾緊所能傳遞的扭矩。
表2
4、結構用途多樣：靜壓膨脹結構不但可以做成夾緊刀杆外圓的夾頭，也可以做成芯軸脹緊內孔，用於夾持滾刀等，還可以做成同時夾緊外圓和脹緊內孔的複合刀具夾頭。
5、裝卸刀具簡單方便。
適用範圍
1、最佳工作溫度
靜壓膨脹式刀具夾頭的最佳工作溫度範圍為20～ 50 ℃(刀具夾頭主體的溫度)，最低工作溫度10 ℃，最高工作溫度80 ℃。當實際工作溫度超過50 ℃時，生產企業要對刀具夾頭做特殊處理。在使用冷卻液的情況下，刀具夾頭的主體溫度均能滿足<50 ℃的要求。
2、介面形式
靜壓膨脹式刀具夾頭的介面是指刀具夾頭上與機床主軸連線的部位。為了能在多種機床上使用，刀具夾頭的介面有多種形式，其中常用的有:符合德國工業標準DIN 69871的SK 型(常用SK40 、SK50)，符合日本工業標準JIS B 6339的BT型(常用BT30 、BT40 、BT50)，符合德國工業標準DIN 69893 的HSK-A(32 ～ 100)、HSK -C(32 ～ 100)、HSK -E(32 ～ 63)型以及ABS 型等。靜壓膨脹式刀具夾頭直接夾持刀具的最小直徑為6mm，最大直徑為32mm；使用32mm減徑套後的最小夾持直徑為6mm，最大夾持直徑為25mm；使用 20mm減徑套後的最小夾持直徑為3mm，最大夾持直徑為17mm；使用12mm減徑套後的最小夾持直徑為3mm，最大夾持直徑為8mm 。
圖3 液壓雙面夾頭FS300刀具系統
3、對刀具的要求
當被夾刀具的外徑為6～8mm時，要求刀杆的精度等級為h6；當刀具外徑大於8mm時，刀杆的精度等級可以放寬到h7。同時，要保證刀杆被夾持的最小長度，例如∅20mm的刀具的最小夾持長度為42.5mm，實際使用時只要將刀具在刀柄孔中插到底即可。刀杆型式必須符合DIN1835的A型（光滑圓柱刀杆）和AB型（中部銑有平面的圓柱刀杆），其它型式的刀杆要加中間過渡套才能使用。刀具夾頭的最佳工作溫度為20～50℃，當實際工作溫度超過50℃時，生產企業要對刀具夾頭做特殊處理。
例項應用
德國雄克公司開發的靜壓膨脹式刀具夾頭作為當今國際上最先進的刀具夾頭之一，能夠有效地提高切削加工的精度和工件表面質量，顯著改善刀具在切削加工中的受力狀態，成倍提高刀具使用壽命。
圖4 靜壓膨脹式刀具
生產靜壓膨脹式刀具夾頭需要經過精確的理論計算、優良的熱處理和精密的製造過程。為了適應高速切削的要求，還要進行動平衡檢測和除錯。動平衡一般是按照德國工業應用研究組織AIF推薦的動平衡指標：
圖5 動平衡指標
如果有更高的轉速要求，經過更精細的動平衡，可以使靜壓膨脹式刀具夾頭適用於50000r/min的工作轉速。在德國達姆施塔特生產技術和切削機床研究所進行的測試中，雄克公司的靜壓膨脹式刀具夾頭在105r/min的轉速下仍能保持良好的力學效能。
結論
根據靜力液壓膨脹原理而研製開發的靜壓膨脹式刀具夾頭以其極高的夾持精度在現代金屬切削加工領域越來越受到重視。它不僅對提高加工精度起著極其重要的作用，而且對於改善切削加工的經濟效益常常起到令人意想不到的效果。適用於在加工中心、高精度鏜銑床和柔性自動生產線等金屬切削加工裝置上夾持鑽頭、鉸刀、銑刀等。在中國也有越來越多的機械加工企業使用了這種刀具夾頭，希望有更多的國內企業能瞭解和應用這種先進的刀具夾頭。
鑫機緣--專注金屬加工
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