刀柄评估 告：看看谁的动平衡做的更好

这是夹具侠（jiajoin）发布的第 1161 篇技术文章

一个高效的加工方案，必须综合考虑刀柄的各种特性，尤其是在高速运转条件下的夹紧力和径向跳动误差精度及其动平衡质量，这样有利于降低刀具本身存在的振动。

有效控制刀具跳动的工艺

刀柄按照夹持种类有弹簧刀柄、液胀刀柄、热缩刀柄等不同形式。这其中热缩刀柄是利用热胀冷缩的原理工作的，用热感应装置使刀柄的夹持部分在短时间内加热，使得刀柄内径扩张，然后立即把刀具装入刀柄内。

加工案例：Φ32合金钢材料

转速：1000rpm

进给：350mm/min

刀柄冷却收缩时，即可赋予刀具夹持面均匀的压力，从而产生很高的径向夹紧力，将工具牢牢夹持住，刀具和刀柄间不介入任何机械夹持部件。热装刀柄可解决高速精加工中极为重要的平衡、振摆精度及夹紧强度等问题。

热缩刀柄的运作过程

在插入刀具后，需要对刀柄冷却一段时间，这可以通过冷却套加速其冷却速度。刀柄冷却以后依靠其收缩力夹住刀柄。

以热胀冷缩原理夹紧的刀具几乎成为受力非常均匀地一体式刀具，具有很多的优点：径向跳动误差精度很高，可达到3μm以下水平；传动扭矩大，而刀柄的设计相对比较小巧。

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热缩刀柄的应用场景分析

根据壁厚，夹持刀具长度，过盈量，热缩刀柄分为以下三种：

1.标准型。

2.加强型：壁厚加大，用于航空航天行业重载强力铣削刀具夹持。

3.轻型：加长薄壁，用于模具深型腔加工。

以HSK63A热缩刀柄为例，利用有限元软件ANSYS，根据热缩刀柄一一刀具配合的夹持力的不同影响因素，分别建立有限元模型，分析结构因素对夹持力的影响，得出热缩夹头和刀具的材料物理特性（见表1）。

各影响因素与夹持力（或接触压力）的相关性如表2所示。其中，热缩夹头的壁厚、配合过盈量和接触长度与接触压力具有正相关性。

增大热缩夹头的外壁壁厚、热缩夹头一一刀具配合的初始过盈量和接触长度，均会增大夹持力；在相同的初始过盈量条件下，内孔较大的热缩夹头夹持力较小；随着主轴转速提高，热缩夹头一一刀具配合过盈量减小，夹持力也会相应减小。切削传热导致热缩夹头温度升高，同样也会减小配合过盈量，从而降低热缩夹头对刀具的夹持力。

热缩刀柄与液压/弹簧刀柄

▌ 弹簧夹头

主要用于钻头、铣刀、丝锥等直柄刀具及工具的装夹，卡簧弹性变形量1mm，夹持范围在直径 0.5~32mm。

▌ 液压刀柄

液压刀柄的夹持方式有别于传统刀柄系统，拧紧只需用一个加压螺栓，当螺栓拧紧时便会推动活塞的密封块在刀柄内产生的一个液压油压力，该压力均匀地从圆周方向传递给钢制膨胀套，膨胀壁再将刀具夹紧。

液压刀柄一般可以将径向跳动误差精度和重复定位精度控制在3μm以下。由于刀柄内存有高压油液压力，当刀具被夹紧时，内藏的油腔结构及高压油的存在增加了结构阻尼，可有效防止刀具和机床主轴的振动。

▌ 热缩刀柄

根据以上可知，热缩刀柄夹紧力大，动平衡好，适合于高速加工。与弹簧夹头以及液胀刀柄相比，动平衡和刚性都较好，标准化的操作带来了较低的使用成本。

这些不同的刀柄系统因为加工原理、加工设计和方式的不同，优势也不尽相同。比如一个刚性较高的刀柄并非适用于所有加工，一个非常适合高速加工的刀柄可能就不能满足其他的一些加工需求，因此准确分析才是形成合理工艺方案的前提。

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