前言

近年来，高速加工技术在零件加工及模具制造中得到了广泛的推广和应用，与此同时，高速加工机床对相应的刀具夹持技术和装备（如刀柄等）提出了更高的要求，而且对动平衡的要求也非常高，不仅要求主轴组件需精密动平衡（G0．4级以上），而且要求刀具及装夹机构也需精密动平衡，但传递转矩的键和键槽很轻易破坏动平衡，而标准的7／24锥柄较长，很难实现全长无间隙配合，一般只要求配合眼前段70％以上接触，因此，配合面后段会有一定的间隙，该间隙会引起刀具径向跳动，影响动平衡。

在高转速、高离心率的情况下，双面夹紧刀柄（HSK）与主轴的结合更加紧密，也更具刚性，已在进步加工效率方面取得了明显效果。不过当主轴转速达30000r／min或以上时，主轴、刀柄、刀具三者在旋转时应具有极高的同心度及动平衡能力，否则转速越高，离心力越大，当达到系统的临界状态后，将会使刀柄、刀具系统发生激振，其结果是加工质量下降，刀具寿命缩短，主轴轴承磨损严重甚至损坏。

刀具夹持技术总是以精益求精和进步为核心。由于双面夹紧刀具系统很难在高速高精度加工方面有新的突破，为了进步刀具、刀柄与主轴的联接精度，采用HSK刀柄及热装式工具夹紧系统取代弹簧夹紧、侧固等系统越来越引起了人们的关注。

热胀系统的原理

热胀系统通常都是利用热感应线圈使刀柄的夹持部分在短时间内加热，使刀柄内径随之扩张，此时立即把工具装进刀柄内，而刀柄冷却收缩时，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。因此，热胀系统是一种刀具与刀柄间不参与任何物质的热装式工具夹紧方法，它可解决高速高精度加工中极为重要的平衡、振摆精度及夹紧强度等题目。

热胀系统使用电感加热，其特点是：通过有目的加热使得刀具更换在数秒内完成；通过材料的选择和适当的工艺方法使得夹具使用寿命进步；强度高，张紧力巨大；易操纵，且安全可靠；适用于硬质合金钢和高速合金钢的夹紧；高强度夹具；通过与配件相结和使得机器的应用范围极为广泛；圆周跳动小于0．003 mm。

热胀系统使刀具精准夹持

电热夹具可提高刀具夹持力性能

固然有关于电热式夹紧刀具的标准，但是这些标准只涉及到电热式夹紧刀具的外部形式。对于电热夹紧刀具的内部结构，即直接与铣刀柄接触的部位，到目前为止也没有出台相应的规定。有人很早就建议，希看同一电热式夹紧刀具的内部结构、尺寸，但是，一直没有终极结果。因此，各个刀具生产厂家生产的电热夹紧刀具中，尽管外表相似，但内部结构各有千秋。这些种种不同不仅出现在电热夹紧装置上，即使是在刀具锥柄孔的尺寸、结构上也有很大区别。因此，刀具夹紧力的差别也很大。

刀具的夹持力过小，在铣刀的铣削过程中可能会出现刀具松脱的现象，假如生产厂家不标明其生产的刀具夹紧力的大小规格，那么用户最好小心从事。作为刀具夹紧装置的专业生产厂家，Haimer公司设计生产的电热夹紧刀具夹持器的夹紧力是其同行的3倍。他们的产品之所以有如此高的夹紧力，关键是与铣刀刀柄相配合的孔有关——电热夹紧刀具夹持器孔的配合长度尽可能延长，所选择的配合公差尽可能小。由于该生产厂家生产的电热夹紧刀具夹持器在铣刀安装的进口处增加了长度为5～10mm的引进导向倒角。在这5～10mm的长度上，不对铣刀实施夹持，从而也没有刀具夹紧力矩。与此相类似，在刀具配合孔的末端，刀柄配合孔的配合为间隙配合，且选择的间隙较大。这样，刀柄与孔配合的长度尺寸相对减少。而在Haimer公司生产的电热夹紧式刀具夹持器中，他们选择的配合公差较其他生产厂家的要小，可进一步进步夹持器夹紧力的性能。采取了减少引进倒角长度、缩短末端间隙配合长度及更小的配合公差三项措施后， Haimer公司生产的6mm铣刀的夹紧力矩高达20Nm；20mm铣刀的夹紧力矩高达500Nm。

安装引进倒角的长度尺寸较小时，对电热夹紧式刀具的安装没有影响。铣刀在操纵者的手中仅仅停留几秒钟，直至达到一定的加热温度为止，然后夹持器就会牢牢地将铣刀夹紧。安装引进倒角的尺寸较大时，固然有利于刀具的安装，但是也增加了夹紧力矩的负担。只有采用合适的电热装置才能保证顺利的装夹、拆卸刀具。为了保证整个配合长度能均匀加热，电热装置与其电热线圈必须具有特别的结构形式，而10kW的Power－Clamp电热装置可以在2～10s内（视刀具尺寸）将电热夹紧夹持器的整个配合长度均匀加热。

热胀系统使刀具精准夹持

电热夹具内的长度调节螺栓的尺寸优化

A．调节螺栓由普通螺纹改为细牙螺纹

铣刀热装冷却后，与机床形成一个整体。假如调节螺栓采用的是普通螺纹，则螺纹间隙较大，可能出现螺栓微小的歪斜，这会引起铣刀拉紧后圆跳动不理想。采用细牙螺纹后则不再出现这种情况。

B．调节螺钉有两个内六方

假如铣刀切削正常，双内六方优点是体现不出来的。但当铣刀在电热式夹持器中折断时，断裂在夹持器中的残留刀柄则挡住了普通的内六方扳手头，使断损的刀柄无法取出。在这种情况下，另一真个内六方头就发挥作用了，将夹持器插进加热装置加热后，用另一真个内六方扳手头就可顶出折断的刀柄。

C．调节螺栓有两个铣削加工的小平面

采用内冷方式冷却铣刀时，冷却液可通过这两个小平面直达铣刀刀尖。在铣刀工作时，调节螺栓与铣刀之间的空腔中的冷却液不会带来什么影响。但是在加热退出刀具时，电热装置的电热线圈的加热温度可达350℃。在这样高的温度下，积留在空腔中的冷却液就会急剧膨胀，当夹紧力矩不再能“抓牢”铣刀时，铣刀会像子弹一样射出。但当调节螺栓上有了这两个铣削的小平面后，会使积留的冷却液受热后从两个铣削平面形成的通道中流出，从而可防止意外情况的发生。

热胀系统使刀具精准夹持