应力锁紧式刀具夹紧技术的应用

1.引言

　　应力锁紧式刀具夹紧技术是德国雄克公司研究开发的一种超高精度夹持刀具的先进技术，该项技术适用于加工中心、高精度镗铣床和柔性自动生产线等金属切削加工设备，用来夹持钻头、铰刀、铣刀等，可广泛应用于汽车制造、机械制造、模具加工等行业。根据应力锁紧式刀具夹持原理制造的超细型TRIBOS－SVL刀具加长杆和TRIBOS－S型刀具夹头，可以用在加工空间非常受限制的场合；根据这种夹持原理制造的TRIBOS－R型刀具夹头，外形粗壮，刚性好，具有高阻尼性能，减振性能好，不仅适用于精加工，而且也适用于大切削量的加工。

2.应力锁紧式刀具夹头

2.1 TRIBOS－S型应力锁紧式刀具夹头

（1）工作原理

　　TRIBOS－S型应力锁紧式刀具夹头的工作原理如下：该夹头的夹持孔具有精确设计的轴对称特殊几何形状，在原始状态下，刀具无法插入夹持孔内；安装刀具时，使用专用加载器从外部对夹头夹持段加压，迫使夹持孔的形状在弹性变形的范围内变成圆孔，此时即可顺利地将刀具插入夹持孔内；然后松开加载器（即撤掉外部载荷），刀具就被夹头巨大的变形恢复力牢固地夹紧。同样，使用加载器也可以方便地从夹头中卸下刀具或更换刀具。

（2）性能特点

　　TRIBOS－S型应力锁紧式刀具夹头具有以下优良的技术性能：极高的夹持回转精度和重复夹紧精度（≤3μm）；极细的外径尺寸；稳定可靠的夹紧力；具有全封闭结构，无活动部件，无磨损，免维护；夹头夹持刀具后始终处于弹性变形状态，使用寿命长；使用加载器更换刀具迅速、方便；夹头对被夹持刀具的材料没有限制；采用完全对称的结构，适用于高速切削；可以显著改善刀具在切削加工中的受力状态，有效地提高切削加工的精度和工件表面质量。

（3）被夹持刀具所能传递的扭矩

　　TRIBOS－S型应力锁紧式刀具夹头直接夹紧刀具所能传递的扭矩见表1（表1中的数据是在大量实测数据的基础上考虑了一定的安全系数后给出的，被测刀具的刀杆精度等级为h6）。

　　表1 TRIBOS－S型应力锁紧式刀具夹头直接夹持刀具所能传递的扭矩

　　刀具被夹部直径（mm）：3，4，5，6，8，10，12，14，16，18，20，25

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

2．2 TRIBOS－SVL刀具加长杆

　　TRIBOS－SVL刀具加长杆的工作原理和性能特点与TRIBOS－S型刀具夹头相同，它的夹持回转精度和重复夹紧精度≤3μm。标准系列的TRIBOS－SVL刀具加长杆有100mm和150mm两种长度，圆柱柄有12mm、20mm和32mm三种直径尺寸。与12mm圆柱柄配合的夹持孔径有3、4、5mm；与20mm圆柱柄配合的夹持孔径有6、8、10、12mm；与32mm圆柱柄配合的夹持孔径有14、16、18、20mm。非标系列的刀具加长杆可以根据具体的要求决定制造长度。TRIBOS－SVL刀具加长杆夹持刀具后所能传递的扭矩与TRIBOS－S型刀具夹头相同（见表1）。它可以和各种刀具夹头联合使用，解决干涉问题，代替昂贵易耗的非标刀具。

2．3 TRIBOS－R型应力锁紧式刀具夹头

　　TRIBOS－R型应力锁紧式刀具夹头的结构与TRIBOS－S相比，TRIBOS－R加大了夹持段的外径，设计了特殊的减振空腔结构，空腔中注满了阻尼减振的热固性塑料，使刀具夹头的减振性能、刚性和夹持力都得到很大的提高，不仅可用于精加工，也可用于重切削加工。

　　与TRIBOS－S一样，TRIBOS-R型刀具夹头同样具有优良的技术性能：夹持回转精度和重复夹紧精度≤3μm；稳定可靠的夹紧力；能传递很高的扭矩；采用完全对称的结构，夹持器没有活动的部件，无磨损，免维护，经久耐用，适用于高速切削；用加载器快速方便的装夹和更换刀具；具有很好的刚性、优良的阻尼减振性能，可以提高切削加工精度，改善工件表面质量。

　　TRIBOS-R型刀具夹头的工作原理与TRIBOS－S类似。TRIBOS-R型刀具夹头直接夹持刀具后所能传递的扭矩见表2。（表2中的数据是在大量实测数据的基础上考虑了一定的安全系数后给出的；被测刀具的刀杆精度等级为h6）。

　　表2 TRIBOS－R型应力锁紧式刀具夹头直接夹持刀具所能传递的扭矩

　　刀具被夹部直径（mm）：6，8，10，12，14，16，18，20

　　传递的扭矩（Nm）：8，12，20，40，80，120，180，240

3．应力锁紧式刀具夹头的动平衡特性

　　应力锁紧式刀具夹头的动平衡是按照德国工业应用研究组织AIF推荐的动平衡指标：

　　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。

　　如果有更高的转速要求，经过更精细的动平衡，可以使TRIBOS－S型刀具夹头和TRIBOS－SVL刀具加长杆适用于85000r/min的工作转速，TRIBOS－R型刀具夹头适用于55000r/min的工作转速。在德国达姆施塔特生产技术和切削机床研究所进行的测试中，雄克公司的应力锁紧式刀具夹头在200000r/min的转速下仍能保持良好的力学性能。

4 .应力锁紧式刀具夹头的接口型式和夹持直径

　　应力锁紧式刀具夹头的接口是指刀具夹头上与机床主轴连接的部位，为了在多种机床上都能使用，刀具夹头的接口有多种型式，常用的有：符合德国工业标准DIN 69871的SK型，符合日本工业标准JIS B 6339的BT型,符合德国工业标准DIN 69893的HSK型。TRIBOS－S型刀具夹头直接夹持刀具的最小直径为3mm，最大直径为25mm；TRIBOS－R型刀具夹头直接夹持刀具的最小直径为6mm，最大直径为20mm。应力锁紧式刀具夹头也可与减径套配合使用，实现一只刀具夹头夹持多种直径的刀具。减径套的外径有12mm和20mm两种尺寸。使用外径12mm的减径套,可以夹持直径为3、4、5、6、8mm的刀具；使用外径为20mm的减径套,可以夹持直径为6、8、10、12、14、16mm的刀具。

5.TRIBOS装刀加载器

　　用TRIBOS SVP－2型装刀加载器装卸刀具时，将夹头或加长杆夹刀一端按规定方向插入加力套，然后连同过渡套一起装入加载器的加压孔中，关闭卸压阀，手压加压手柄，使压力表的读数上升至规定的值，这时即可轻松地将刀具插入夹持孔内。松开卸压阀，刀具即被夹紧。卸刀也按同样步骤进行。装刀或换刀过程可在30秒内完成。该装刀加载器对硬质合金刀具、高速钢刀具均可装可卸。

6.应力锁紧式刀具夹头的使用要求

　　应力锁紧式刀具夹头的使用要求是：当被夹刀具的外径≤8mm时，要求刀杆的精度等级为h6；当刀具外径＞8mm时，刀杆的精度等级可以放宽到h7。刀具在装夹孔中的轴向调整量为10mm。使用TRIBOS装刀加载器装、卸刀具时，加载器内的油压由压力表读出，油压的数值必须小于每个刀具夹头上所标注的最大容许压力值，否则会使刀具夹头产生塑性变形而损坏。

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