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刀柄熱脹儀是一種連接主軸和刀具的中間夾持元件，刀具和刀柄熱脹儀之間不介入任何零件。夾持刀具時(shí)，利用熱感應(yīng)裝置使刀柄熱脹儀的夾持部分在短時(shí)間加熱至 250°C~425°C，待其內(nèi)徑擴(kuò)張至超過刀具被夾持部分的直徑時(shí)，迅速將刀具裝入刀柄熱脹儀內(nèi)，刀柄熱脹儀冷卻收縮時(shí)，刀具與刀柄熱脹儀形成過盈配合，以此實(shí)現(xiàn)刀柄對刀具的可靠、高精度有效夾持。與彈性夾頭相比，刀柄熱脹儀由于是由刀柄單體構(gòu)成，沒有零件組合帶來的精度降低，并且是依靠金屬的收縮方式夾持刀具，比機(jī)械性收縮方式離散度小，精度穩(wěn)定性高。

另外，刀柄熱脹儀具有較高的夾持扭矩、高彎曲剛性及高的動平衡性。為了達(dá)到增加金屬去除率和延長刀具壽命的目的，例如鋁合金的加工，隨著熱縮技術(shù)的應(yīng)用，強(qiáng)力刀柄熱脹儀也被擴(kuò)展使用到粗加工上。歸功與其外形加固，抗震性能更強(qiáng)，跳動精度繼續(xù)保證小于0.003mm。具有高剛性外形尺寸和加強(qiáng)夾持壁厚的重型刀柄熱脹儀可以再高要求的加工重也游刃有余。例如，再航空航天業(yè)的鈦合金加工和重工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。另外，為了滿足在模具和醫(yī)療工業(yè)中的較深型腔的五軸加工，特別設(shè)計(jì)頂端斜度為3°的刀柄熱脹儀。這種刀柄前端壁厚很薄，后端為加厚結(jié)構(gòu)。因此可在高效切削中裝夾錐度刀具或加長刀具。

刀柄熱脹儀的夾持力由刀柄熱縮夾頭和刀具的過盈配合產(chǎn)生，夾持力的大小主要受接觸壓力和接觸面積的影響。在夾持長度一定的條件下，過盈量、刀柄壁厚以及轉(zhuǎn)速三方面主要因素共同影響接觸壓力的大小。通過分析單因素條件可知：接觸壓力隨基本過盈量的增加而增加；由于刀具的剛度大于熱縮夾頭結(jié)構(gòu)的剛度，刀具受離心力小于熱縮夾頭收到的離心力，故相同主軸轉(zhuǎn)速下熱縮夾頭內(nèi)孔徑向擴(kuò)張量大于刀具擴(kuò)張量，從而減小過盈量，使夾持力相對減小。

刀柄壁厚對夾持力的影響主要是雙因素或三因素綜合作用來體現(xiàn)：在相同轉(zhuǎn)速、相同初始過盈量條件下，壁厚越大接觸壓力越大。一定主軸轉(zhuǎn)速下，熱縮夾頭內(nèi)孔擴(kuò)張量與夾頭外壁壁厚正相關(guān)，考慮到整個(gè)夾頭模型為錐體結(jié)構(gòu)，熱縮夾頭內(nèi)孔面小端到大端沿軸向的擴(kuò)張量逐漸變大而形成喇叭口狀。在轉(zhuǎn)速4000r/min的條件下，4.5°和3°的刀柄熱脹儀在各自接觸面上接觸壓力分布不均，這是由于熱縮夾頭外壁圓錐上各點(diǎn)直徑不同，徑向變形及徑向間隙是非均勻的。表現(xiàn)為在軸向方向上隨熱縮夾頭壁厚的增大，接觸壓力逐漸變大。對比不同壁厚熱縮夾頭的接觸面接觸壓力，可見厚壁熱縮夾頭刀柄4.5°的接觸壓力較薄壁熱縮夾頭刀柄3°要大。

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