雖然與一臺完整的加工中心相比，刀具夾頭在價值上所占的比例很小，但它是連接機床主軸與刀具的重要工具系統。由于刀具夾頭的質量對于最終加工結果有很大影響，因此選用最佳刀具夾頭的重要性不可小視。




　　對于刀具夾頭而言，最重要的性能要求是高速旋轉時對刀具的夾持力、徑跳精度以及可減小振動的平衡質量。刀具夾頭的徑跳精度必須小于0.003mm。為了支持機床直線驅動的高動力性，減輕由主軸、夾頭和刀具組成的系統的重量對于獲得良好的切削加工結果十分有利。




　　為了獲得良好的切削加工結果，用戶對刀具夾頭的要求通常已有清晰的定義，而市場上有各種不同種類的夾頭能夠滿足這些要求。由于不同的刀具夾持系統具有不同的技術特點和加工優勢，因此根據用戶的具體加工用途，有可能找到最理想的刀具夾頭。




　　本文重點介紹以下四種類型的刀具夾持系統：①液壓式刀具夾頭；②多邊夾緊式刀具夾頭；③通用型刀具夾頭；④熱裝式刀具夾頭。




　　液壓式刀具夾頭




　　液壓式刀具夾頭是一種適用于大多數切削加工用途的刀具夾持系統。液壓式刀具夾頭采用了與常規夾頭不同的刀具夾緊方式，作用力由一個螺旋機構（由螺紋、活塞和密封件組成）引入，通過操作（轉動）螺旋機構，可以在夾頭內部產生均勻的液壓力。這種壓力傳導到一個膨脹鋼套上，用于夾緊刀具。




　　液壓式刀具夾持系統可達到最佳的徑跳精度和小于0.003mm的重復性。液壓式夾頭夾持刀具時，利用刀柄中的液壓油，可以提供很高的夾持力。由于避免了因刀具振動而引起的工件材料少量凸起，用戶可以獲得較高的工件表面加工質量和較長的夾頭工作時間。




　　液壓式刀具夾頭不僅可以免維護和防止污垢進入，而且易于使用，并可為刀具提供較高的夾持安全性。




　　多邊夾緊式刀具夾頭




　　多邊夾緊式刀具夾頭的結構設計異常簡單：利用一個磨削的多邊形孔在三個位置牢固地夾緊刀具。在高速切削加工中，多邊夾緊是一種理想的刀具夾持方式，因為刀具的夾緊是通過夾頭的彈性變形來實現的。這種刀具夾頭的主要優點是其外形結構非常緊湊小巧。




　　目前市場上有兩種類型的多邊夾緊式刀具夾頭，可以覆蓋各種不同的切削加工。一類是“細長型”夾頭，其突出特點是夾持刀具的柄部很細，懸伸較長，可達性好。這種夾頭也可用于夾持較短的刀具，優點是使用成本較低。另一類是“高剛性”夾頭，其柄體較大，因此剛性也較好，能提供質量較高的徑向力補償。這兩種類型的夾頭都可以采用加長桿，從而在完成難加工任務時具有更好的加工柔性。




　　由于刀具或加長桿的夾緊是在刀具柄部材料的彈性范圍內實現的，因此不會影響刀具的使用壽命。利用一個外部夾緊裝置，可在幾秒鐘內完成刀具的更換。該裝置不需要任何外部能源，可在任何地方使用。這種特點使多邊夾緊式刀具夾持系統非常適合需要頻繁換刀的加工場合。




　　通用型刀具夾頭




　　通用型刀具夾頭有兩種可選類型：一種適用于輕載加工，另一種適合中到重載加工。通用型刀具夾頭一個非常重要的優勢是具有良好的減振性，可以提高刀具使用壽命和工件表面加工質量，其價格與大多數高端套筒式刀具夾持系統不相上下。




　　這種刀具夾頭也是利用與液壓式夾頭類似的膨脹技術來夾緊刀具的，只不過其膨脹是通過機械作用而不是通過液體介質來實現的。因此，這種夾持系統可為用戶提供良好的減振性和較高的徑跳精度（在夾頭表面測量小于0.005mm）。




　　與套筒式刀具夾頭相比，通用型刀具夾頭的其他特點包括：能將夾頭拉緊到硬停位置（無需使用扭矩扳手）；可對圓形刀具的整個柄部進行牢固而安全的夾緊（套筒式刀具夾頭在頂部附近夾緊力較大，而在夾緊孔的底部夾緊力較小）；通過使用標準的中間套，可實現柔性夾緊；通過使用一個內部長度調節螺紋，可實現非常精確的軸向長度調整。




　　熱裝式刀具夾頭




　　熱裝式刀具夾頭是基于熱脹冷縮原理，采用感應技術對夾頭進行加熱。




　　通過一個感應線圈（有些加熱裝置采用高頻線圈）對夾頭上刀具需要插入的部位進行精確加熱，將刀具插入后，通過冷卻套對夾頭進行冷卻，刀具柄部周圍的夾頭部位遇冷收縮，即可將刀具夾緊，并提供能夠承受高扭矩的牢固夾持力。




　　熱裝式刀具夾頭具有許多優點，主要包括高徑跳精度（小于0.003mm）、高傳動扭矩和比較小巧的外形設計。在減振性能上，熱裝式夾頭則要遜于液壓式夾頭和多邊夾緊式夾頭。




　　小結




　　哪種刀具夾持系統最好？對于這個問題無法給出一個普遍適用的答案，因為這取決于用戶的特定加工用途。在選擇刀具夾頭時，一個基本要求是必須了解夾頭的靜態和動態性能，并根據這些性能來確定夾頭的安全性和有效的切削參數。




　　對各種不同種類的刀具夾頭進行比較是非常困難的，因為它們在工作原理、結構設計和尺寸規格上各有千秋。只有在同時考慮某一特定加工要求時，才有可能對各種刀具夾頭的優劣作出判斷。剛性非常好的刀具夾頭并不一定適合每一種加工；而最適合高速切削的刀具夾頭也可能無法提供某些其他加工所需要的價值。