應力鎖緊式刀具夾緊技術的應用

1.引言

應力鎖緊式刀具夾緊技術是德國雄克公司研究開發的一種超高精度夾持刀具的先進技術，該項技術適用于加工中心、高精度鏜銑床和柔性自動生產線等金屬切削加工設備，用來夾持鉆頭、鉸刀、銑刀等，可廣泛應用于汽車制造、機械制造、模具加工等行業。根據應力鎖緊式刀具夾持原理制造的超細型TRIBOS－SVL刀具加長桿和TRIBOS－S型刀具夾頭，可以用在加工空間非常受限制的場合；根據這種夾持原理制造的TRIBOS－R型刀具夾頭，外形粗壯，剛性好，具有高阻尼性能，減振性能好，不僅適用于精加工，而且也適用于大切削量的加工。

2.應力鎖緊式刀具夾頭

2.1 TRIBOS－S型應力鎖緊式刀具夾頭

（1）工作原理

TRIBOS－S型應力鎖緊式刀具夾頭的工作原理如下：該夾頭的夾持孔具有精確設計的軸對稱特殊幾何形狀，在原始狀態下，刀具無法插入夾持孔內；安裝刀具時，使用專用加載器從外部對夾頭夾持段加壓，迫使夾持孔的形狀在彈性變形的范圍內變成圓孔，此時即可順利地將刀具插入夾持孔內；然后松開加載器（即撤掉外部載荷），刀具就被夾頭巨大的變形恢復力牢固地夾緊。同樣，使用加載器也可以方便地從夾頭中卸下刀具或更換刀具。

（2）性能特點

TRIBOS－S型應力鎖緊式刀具夾頭具有以下優良的技術性能：極高的夾持回轉精度和重復夾緊精度（≤3μm）；極細的外徑尺寸；穩定可靠的夾緊力；具有全封閉結構，無活動部件，無磨損，免維護；夾頭夾持刀具后始終處于彈性變形狀態，使用壽命長；使用加載器更換刀具迅速、方便；夾頭對被夾持刀具的材料沒有限制；采用完全對稱的結構，適用于高速切削；可以顯著改善刀具在切削加工中的受力狀態，有效地提高切削加工的精度和工件表面質量。

（3）被夾持刀具所能傳遞的扭矩

TRIBOS－S型應力鎖緊式刀具夾頭直接夾緊刀具所能傳遞的扭矩見表1（表1中的數據是在大量實測數據的基礎上考慮了一定的安全系數后給出的，被測刀具的刀桿精度等級為h6）。

表1 TRIBOS－S型應力鎖緊式刀具夾頭直接夾持刀具所能傳遞的扭矩

刀具被夾部直徑（mm）：3，4，5，6，8，10，12，14，16，18，20，25

傳遞的扭矩（Nm）：1.5，2.0，2.5，4.5，12，20，30，50，70，100，150，200

2．2 TRIBOS－SVL刀具加長桿

TRIBOS－SVL刀具加長桿的工作原理和性能特點與TRIBOS－S型刀具夾頭相同，它的夾持回轉精度和重復夾緊精度≤3μm。標準系列的TRIBOS－SVL刀具加長桿有100mm和150mm兩種長度，圓柱柄有12mm、20mm和32mm三種直徑尺寸。與12mm圓柱柄配合的夾持孔徑有3、4、5mm；與20mm圓柱柄配合的夾持孔徑有6、8、10、12mm；與32mm圓柱柄配合的夾持孔徑有14、16、18、20mm。非標系列的刀具加長桿可以根據具體的要求決定制造長度。TRIBOS－SVL刀具加長桿夾持刀具后所能傳遞的扭矩與TRIBOS－S型刀具夾頭相同（見表1）。它可以和各種刀具夾頭聯合使用，解決干涉問題，代替昂貴易耗的非標刀具。

2．3 TRIBOS－R型應力鎖緊式刀具夾頭

TRIBOS－R型應力鎖緊式刀具夾頭的結構與TRIBOS－S相比，TRIBOS－R加大了夾持段的外徑，設計了特殊的減振空腔結構，空腔中注滿了阻尼減振的熱固性塑料，使刀具夾頭的減振性能、剛性和夾持力都得到很大的提高，不僅可用于精加工，也可用于重切削加工。

與TRIBOS－S一樣，TRIBOS-R型刀具夾頭同樣具有優良的技術性能：夾持回轉精度和重復夾緊精度≤3μm；穩定可靠的夾緊力；能傳遞很高的扭矩；采用完全對稱的結構，夾持器沒有活動的部件，無磨損，免維護，經久耐用，適用于高速切削；用加載器快速方便的裝夾和更換刀具；具有很好的剛性、優良的阻尼減振性能，可以提高切削加工精度，改善工件表面質量。

TRIBOS-R型刀具夾頭的工作原理與TRIBOS－S類似。TRIBOS-R型刀具夾頭直接夾持刀具后所能傳遞的扭矩見表2。（表2中的數據是在大量實測數據的基礎上考慮了一定的安全系數后給出的；被測刀具的刀桿精度等級為h6）。

表2 TRIBOS－R型應力鎖緊式刀具夾頭直接夾持刀具所能傳遞的扭矩

刀具被夾部直徑（mm）：6，8，10，12，14，16，18，20

傳遞的扭矩（Nm）：8，12，20，40，80，120，180，240

3．應力鎖緊式刀具夾頭的動平衡特性

應力鎖緊式刀具夾頭的動平衡是按照德國工業應用研究組織AIF推薦的動平衡指標：

SK40，SK50―G6.3/15000r/min；BT40, BT50―G6.3/15000r/min；HSK-A 32-63―G6.3/15000r/min；HSK-A 80-100－G6.3/ 12000r/min；HSK-C 32-63－G6.3/15000r/min；HSK-C 80-100－G6.3/12000r/min；HSK-E 32-63－G6.3/30000r/min。

如果有更高的轉速要求，經過更精細的動平衡，可以使TRIBOS－S型刀具夾頭和TRIBOS－SVL刀具加長桿適用于85000r/min的工作轉速，TRIBOS－R型刀具夾頭適用于55000r/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，雄克公司的應力鎖緊式刀具夾頭在200000r/min的轉速下仍能保持良好的力學性能。

4 .應力鎖緊式刀具夾頭的接口型式和夾持直徑

應力鎖緊式刀具夾頭的接口是指刀具夾頭上與機床主軸連接的部位，為了在多種機床上都能使用，刀具夾頭的接口有多種型式，常用的有：符合德國工業標準DIN 69871的SK型，符合日本工業標準JIS B 6339的BT型,符合德國工業標準DIN 69893的HSK型。TRIBOS－S型刀具夾頭直接夾持刀具的最小直徑為3mm，最大直徑為25mm；TRIBOS－R型刀具夾頭直接夾持刀具的最小直徑為6mm，最大直徑為20mm。應力鎖緊式刀具夾頭也可與減徑套配合使用，實現一只刀具夾頭夾持多種直徑的刀具。減徑套的外徑有12mm和20mm兩種尺寸。使用外徑12mm的減徑套,可以夾持直徑為3、4、5、6、8mm的刀具；使用外徑為20mm的減徑套,可以夾持直徑為6、8、10、12、14、16mm的刀具。

5.TRIBOS裝刀加載器

用TRIBOS SVP－2型裝刀加載器裝卸刀具時，將夾頭或加長桿夾刀一端按規定方向插入加力套，然后連同過渡套一起裝入加載器的加壓孔中，關閉卸壓閥，手壓加壓手柄，使壓力表的讀數上升至規定的值，這時即可輕松地將刀具插入夾持孔內。松開卸壓閥，刀具即被夾緊。卸刀也按同樣步驟進行。裝刀或換刀過程可在30秒內完成。該裝刀加載器對硬質合金刀具、高速鋼刀具均可裝可卸。

6.應力鎖緊式刀具夾頭的使用要求

應力鎖緊式刀具夾頭的使用要求是：當被夾刀具的外徑≤8mm時，要求刀桿的精度等級為h6；當刀具外徑＞8mm時，刀桿的精度等級可以放寬到h7。刀具在裝夾孔中的軸向調整量為10mm。使用TRIBOS裝刀加載器裝、卸刀具時，加載器內的油壓由壓力表讀出，油壓的數值必須小于每個刀具夾頭上所標注的最大容許壓力值，否則會使刀具夾頭產生塑性變形而損壞。