热缩刀柄的创新设计
2023-7-11 来源：伊斯卡技术经理 作者：Andrei Petrilin
在金属切削刀具领域的认知中，刀具夹持技术似乎停滞不前。专家们也表示，HSK刀柄的技术设计和应用的划时代的变化早在三十年前就结束了。在切削刀具中，夹持是最保守的部分，很少出现创新性的思考。那么刀具夹持系统是否真的走到了死胡同，前景渺茫呢？
事实上尽管较为缓慢，刀具夹持系统仍在发展。这种发展反映了现代金属加工的要求。新的技术催生了对机床和切削刀具的新需求，从而产生了刀具夹持的解决方案，这些解决方案仍然是加工过程中不可或缺的一环，它将切削刀具与机床物理连接起来。尽管金属切削的这一分支并未发生实质性的变化，但前进的脚步并未停止且紧随着新技术的发展步伐。
新的发展
新的发展专注于提高刀柄及其机械系统的性能。机械系统的主要功能特性的改进包括强度、刚性、夹紧力、精度和减振性能几个方面。另一方面指的是新时代的金属切削技术，该技术为金属加工领域的创新奠定了基础。
使用高速刀具系统是高速加工（HSM）的特点。因此，设计和生产带动平衡的刀柄，才能在不断增加的离心载荷下运行（切削），并满足现代HSM高速加工的要求。这使得热缩刀柄处于金属加工技术的前沿，并在设计生产前考量基本的理论平衡参数，满足工程平衡概念。现代CAD系统环境中的三维建模大大扩展了工程平衡的可能性。由于工程平衡与虚拟物体有关，它就无法与真实的刀柄的“物理”平衡产生联系。然而，工程平衡设计减少了潜在产品的质量不平衡，同时使“物理”平衡更加轻松。
在切削各种零件材质时，在切削部位有效地输送冷却液可显著提升冷却和润滑效果。从而合理提升加工参数、延长刀具寿命。提高冷却能力是刀柄技术进步的另一个方向。将增材制造（AM）与计算机流动建模相结合成为了流行趋势，为优化冷却液输送路径开辟了新的前景。
此外，改进冷却液输送的理念也存在于冷却液驱动的调速器中，这个设计是通过加工中心的冷却系统实现的。这样一来，便提升了机床进行高速加工的能力，从而将机床效率提升至了一个新的高度。
有了模块化刀具，即可实现采用有限的标准品来快速组成各种形式的刀具。从而有助于减少刀具的库存以及对非标刀具的依赖。因此，多功能、可靠的模块化刀具仍然是金属加工领域发展的主题。
在加工系统中，机床、刀柄、夹具和工件的动态行为的优化，都有助于提高金属加工性能。刀柄的减振性能在这一过程中起着重要作用，尤其是在长悬深的加工应用中，加工中增加切削速度和转速对刀柄制造商提出了优化解决方案的要求。
现代加工的数字化为未来的智能工厂奠定了基础，并突出了刀柄的数字部件。正是物理传感器和传统设备、CAD/CAM中计算机建模的数字孪生的进步和虚拟制造系统，以及物联网（IoT）构成了现代金属加工的新趋势。改善加工工艺的需求，促使刀柄制造商利用虚拟刀柄模型重新对其产品进行优化设计和制造。
速度、冷却和稳定性
伊斯卡的X-STREAM SHRINKIN刀具夹持系列目前包括SRX-CX热缩夹持杆，该夹持杆带有沿杆壁厚中的冷却液喷射通道。
热缩夹持设计起初用于高速加工操作，其特点是最薄的热缩夹持杆壁厚，带直达切削刃的冷却液。伊斯卡的新款夹持设计扩展了刀柄的应用范围，尤其是在铣削深腔和方肩时。精准的高压冷却射流可以实现更好的断屑，以及控制铁屑流向，避免损伤零件和刀具，也能有效防止积屑瘤附着在切削刃口。这样使得即便在外冷压力不足的机床上也能实现深腔的高效铣削加工。（图1）
作为热缩夹持理念的延续，伊斯卡推出了带锥形刀座的热缩刀柄，可直接安装在标准ER夹头和从动装置上。该刀柄用于夹持直径相对较小的刀具（3-12 mm）。刀座的优化设计使得连接刚性可靠。刀柄结合了热缩的优势、优异的冷却液流向以及夹持牢固的安装，确保了刀具的高性能。（图2）
NEOCOLLET是一个新的刀具夹持系列，它也成功应用了在ER夹头中安装整体刀柄的概念，可以替代用常规弹簧夹头来夹持刀具。
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高压冷却液驱动的Micro 90 Jet主轴是一个小型增速器，用于夹持刀具在常规难以触达的区域进行加工，它仅由六个部件组装而成。可以实现35000至53000 rpm的转速，同时机床主轴保持待机状态。（图3）
WHISPERLINE镗杆有一个内置的防振机制，内带有一个辅助质量浸没吸收剂。该镗杆可以在大悬伸下进行稳定切削。伊斯卡推出了符合ISO26623标准的多边锥形动力夹头，适配VDI连接的刀柄和套筒式刀座，扩展了镗杆夹持的解决方案。（图4）
用于ER11夹头的超精密弹簧夹头和用于液压夹盘密封减速套的新设计，拓展了伊斯卡刀具夹持系列中的“常规”产品。
虚拟组装
伊斯卡的电子样本为伊斯卡标准产品提供了虚拟组装和数字演示选项，包括刀柄及附件，如拉杆螺栓、固定螺钉等。
由此可见，关于刀柄在金属加工行业停滞不前的说法为时过早。新的发展指的并不是翻天覆地的变化，但发展的方向迎合了金属加工行业日益增长的需求，将刀柄带到了一个全新的发展轨道上。
伊斯卡刀具夹持技术的未来是振奋人心、充满潜力的。随着伊斯卡公司创新解决方案的不断发展，刀柄将日益完善，能够满足现代金属加工行业的需求。
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