本文主要介紹了新型刀柄式快換鉆夾頭結構組成、夾頭性能以及刀柄式快換鉆夾頭技術的延伸與發展前景。該新型夾頭具有無間隙、高剛性的特點，而且裝卸刀具操作方便快捷。

　　快換鉆孔攻螺紋夾頭的可換套與主體的配合一般都是直插式配合，裝卸時都是移動外圈達到插入和取下的目的，可換套與主體孔都有一定的配合間隙。要使快換夾頭像數控刀柄一樣無間隙、高精度，是我們一直以來追求的目標。我廠對快換夾頭的研究已經有15年的歷史，對國內外快換夾頭有一定的研究，但是快換夾頭剛性好的同時真正要達到無間隙，不是一件容易的事。經過長期的技術積累和無數次的試驗以及反復修改優化，終于實現了一種全錐式插入方式，仿數控刀柄的無間隙精密快換夾頭，并申請了國家發明專利。產品經過了近7年的使用，實踐證明，該夾頭性能可靠，真正做到了無間隙、高剛性、操作裝卸刀具極其快捷。由于采用了仿數控連體刀柄結構，因此，使用時可以像數控刀柄一樣掛在刀架上。這樣，可以做到真正的文明生產，快換刀柄也不會再有互相磕碰損壞的情況出現了。

　　本文詳細介紹這款刀柄式精密快換夾頭，希望可以借此進行交流學習，讓廣大機械工人對該夾頭有一個較為全面的了解。在鉆、擴、鉸、攻、擠等機械加工頻繁換刀時，也可以對孔加工工藝、機床和工具有更多的選擇方案，能夠選擇經濟合適的機床加工完成復雜的孔，以降低加工成本、提高工效。

　　另外，申請專利時該夾頭具有低壓內冷卻功能，但是由于目前鉆床主軸都沒有內出水，所以現在生產的夾頭暫時不具備這項功能。

　　1. 刀柄式快換鉆夾頭結構

　　如圖1～圖3所示，可換刀柄和主體的配合為1∶3錐度配合。其結構原理為：當可換刀柄插入主體，接觸到推桿時，推桿就向軸向內縮進去；當移動到可換刀柄頭部連體拉釘凹處時，3個均布的斜壓柱在斜壓圈和彈簧的作用下，將斜壓柱向徑向軸心移動，依靠斜壓柱頭部與可換刀柄連體拉釘處配合的斜面接觸，迫使可換刀柄向主體軸向移動，錐面緊貼配合。同時，當斜壓圈在彈簧的作用下移動時， 也推動外壓圈，外壓圈在移動時迫使定位鋼球向內縮，外壓圈繼續向下移動至擋圈位置時，3個均布的鋼球就向徑向內移動，至可換刀柄球窩內傳遞扭力。另外，可換刀柄均布球窩角度α一般取9°～18°，這樣便于插入，如果是要求在高速下插入，α可以增加到30°。

　　

　　

圖 1

　　

1.擋圈 2、5.鋼球 3.彈簧 4.固定圈

　　

6.外壓圈 7.斜壓柱 8、14、17.彈簧

　　

9.斜壓圈 10.緊固螺釘 11.彈出銷 12.推桿

　　

13、18.彈性銷 15.主體 16.外殼

　　

　　

圖 2

　　

　　

圖 3

　　

1.可換刀柄 2.鋼球 3.外壓圈 4.主體

　　當卸下刀具時， 一手握著可換刀柄，一手將外壓圈上移，當外壓圈移動時就頂著斜壓圈一同向上。同時，斜壓柱沿著斜壓圈斜面往徑向外移動，推桿在彈簧的作用下恢復到前端，固定斜壓柱，由彈性銷控制推桿的移動距離，外壓圈移動到上面時，鋼球回彈復位，將外壓圈定位在上面，鋼球也退出球窩，取下可換刀柄。

　　另外，為了保證刀柄在使用中的更換可靠性，同時防止萬一有微量切屑帶入主體，導致可換刀柄被卡死在主體中，在斜壓圈向上移動時，迫使3個均布彈出銷的斜面向徑向內與推桿內側外徑斜角接觸，依靠斜面起到使可換刀柄強制彈出的作用；彈性銷與斜壓圈滑槽配合，是為了防止夾頭不停車使用時斜壓圈轉動移位。

　　2. 刀柄式快換鉆夾頭的性能及使用

　　由于直柄鉆頭采用了ER筒夾裝夾，因此剛性足，平面鉆孔鉆頭滿5mm就無需鉆預孔，不會出現偏移現象。我公司在炮塔銑上采用8mm硬質合金鉆頭鉆孔，不鉆預孔，采用普通切削液，選取轉速2 220r/m in，材料GCr15球化退火狀態，實際鉆孔尺寸為8.01mm。另外，NT主體夾頭可以進行锪平輕銑加工。任何柄部主體夾頭均可以進行斜面锪平、立銑刀半邊鉆等加工。

　　該夾頭攻螺紋部分（見圖4）均采用最新設計的雙向伸縮主體可換刀柄，具有外徑小巧的特點。如M8～M30攻螺紋主體，直徑D1=54mm，L1=79mm，便于握拿操作，全部配套標準扭力安全攻螺紋夾頭。而另外一種扭力攻螺紋刀柄的長度更短，中號L1僅為33mm。外壓圈不是向軸向移動壓住攻螺紋夾頭，而是以旋轉的方式卡住夾頭，靠扭簧來實現復回，裝卸非常方便。絲攻插入扭力夾頭后伸出距離與鉆頭相當。

　　

　　

圖 4

　　

1.攻螺紋刀柄 2.彈簧 3.鋼球 4.固定圈

　　

5.螺釘 6.絲攻 7.扭力夾頭 8.扭簧

　　

9.外壓圈 10.移動套 11.固定套

　　

12.內六角圓柱頭螺釘

　　在更換便捷性方面， 夾頭與普通快換夾頭有著本質的區別，插入可以單手操作，插入后夾頭無間隙，插入過程在一瞬間完成。在精度方面，經過實際檢測鉆頭跳動，距主體孔外90mm處，跳動為0.012mm，其主要為機床、夾頭和ER夾頭的積累誤差。

　　在夾頭裝卸刀具空間尺寸方面，該夾頭也有著明顯的優點。由于是錐孔配合，可換刀柄的裝卸實際距離比普通快換夾頭短得多，因為可換刀柄可以斜著進出裝卸，如中號的刀柄裝卸最短安全距離僅為45mm，這樣可以節約機床工作臺的空間。

　　該夾頭特別適用于精度比較高的普通鉆床、炮塔銑、無自動換刀的數控鉆床和鏜床。若需要自緊鉆夾頭或普通鉆夾頭裝夾鉆頭，則在莫氏孔可換刀柄中加接桿即可。

　　刀柄擱架（ 見圖5 、圖6 ）是此快換夾頭的一種加工時方便操作的輔助附件，使用時應該放于拿握刀柄操作順手的那一側，可以防止刀具互相磕碰損壞，提高工效。刀柄擱架由于包裝的原因，只提供4個刀柄位置，如果一次工藝要求刀柄使用較多，可以使用兩個擱架連接。擱架下面的支架需要自行安裝，具體如圖6所示。整個擱架由擱板、M6螺釘螺母、4mm×4mm角鐵、支架、鐵管、緊固螺釘和底板組成，高度根據情況可以調節。角鐵與支架的連接可以采用電焊。

　　

　　

圖 5 刀架

　　

　　

圖 6 刀架示意圖

　　

1.擱板 2.M6螺釘螺母 3.4mm×4mm角鐵

　　

4.支架 5.鐵管 6.緊固螺釘 7.底板

　　直柄刀具的裝夾有專門的裝卸套附件（見圖7），把裝卸套放在臺鉗上面夾住，然后把ER可換刀柄插入其中，移動外壓圈即可使用。如此，刀具的裝夾可以不在機床上進行，保證安全。

　　

　　

圖7 裝卸套

　　

1.鋼絲擋圈 2.本體 3.外壓圈

　　

4.鋼球 5.阻尼鋼絲

　　莫氏錐柄刀具的裝夾有保護套（見圖8）配合使用，由于莫氏錐柄刀具屬于小錐度自鎖方式，插入可換刀柄時需要一定的外力，而卸下來時需要斜鐵敲擊，所以必須要和保護套附件一起使用，這樣可以保證莫氏可換刀柄不會敲擊損壞。

　　

　　

圖8 莫氏刀柄裝卸保護套

　　該夾頭在使用時必須保持夾頭清潔和文明生產。夾頭插入機床主軸孔時，必須將夾頭柄部的防銹油擦凈，并把機床主軸孔擦凈。如果有毛刺或者接觸不良的現象，要及時進行處理，有條件的可以用檢測棒檢測精度，然后握住夾頭外殼用小力插入即可；大號規格無法手握的，可以將夾頭放在工作臺上，墊上平整軟鐵，對準后輕輕操作即可，嚴禁野蠻操作，以防止夾頭損壞、喪失精度。在搖臂鉆上使用時，移動搖臂時千萬要注意零件的高度，防止與工件相撞損壞夾頭。在加工鑄鐵零件有粉塵的情況下，要求每天卸下并在煤油中浸泡清洗，清洗時可以移動外壓圈和用小鐵棒移動推桿多次，讓臟污排出，并適當擦一點防銹油。加工鋼件時則視情況而定進行清洗，如果是不停車使用，則需要在老師傅的指導下進行，確保操作安全。如果長期停用，夾頭應該涂防銹油保存。

　　此全錐式配合快換夾頭最大的制造難點在于精磨主體錐孔，由于孔的大小頭相差非常大，且砂輪小，磨削效率低；并且孔比較深，孔表面硬度又達60HRC。因此，此夾頭內孔的加工難度比7∶24主軸孔難度還要大得多。以中號主體為例， 孔小頭直徑17mm，而大頭有44mm。主體內孔不僅是要保證很低的表面粗糙度值和圓度，還要保證孔的尺寸精度在很小的范圍誤差內，這樣才能使可換刀柄有良好的互換性和插入始終在統一的深度。我公司設計了專門的工藝檢測工具來保證這個最關鍵的部分，確保了夾頭的整體性能。

　　3. 基于刀柄式快換夾頭系統的新型鉆床項目

　　新型鉆床項目是基于刀柄式快換夾頭系統優異的性能而延伸出來的一種產品，也是這個技術的最終產品。由于該快換夾頭系統的可換刀柄采用了全錐形仿數控刀柄式連接，性能優異、連接可靠、精度高，使用壽命長，不容易磨損。因此，可以作為一種新的以手動更換刀具鉆床類機床刀柄與機床主軸的連接技術，生產立式鉆床、搖臂鉆床及經濟型數控鉆床等其他鉆孔機床。機床可分為普通快換式和內冷卻快換式兩個系列。

　　普通鉆孔類機床， 刀具與主軸的連接一般均為莫氏錐孔方式。傳統莫氏錐孔主軸刀具的裝夾特點是利用很小的錐度自鎖角度將刀具柄部鎖緊。當卸下來時，在莫氏錐柄尾部的傳動扁部用卸套器（斜鐵）用外力將其敲擊，使刀具卸下。這種傳統莫氏錐柄孔主軸連接刀具的鉆床缺點是：①刀具裝卸麻煩。②主軸精度經長期敲擊后容易喪失。③無法使用內冷卻刀具。

　　雖然目前立式鉆床和搖臂鉆床為了提高工效，大部分使用了快換夾頭。但是，存在著使用快換夾頭刀具伸出機床主軸的長度增加，導致刀具剛性差，以及積累誤差使得整體主軸精度大大降低，并且普通快換夾頭使用壽命比較短、夾頭間隙大，機床工作臺與主軸的行程也會抑制或無法使用快換夾頭等缺點。

　　新型鉆床的特點是將主軸直接做成一種新型快換夾頭方式的鉆床。這種鉆床的主軸不再是莫氏錐孔，而是快換夾頭的主體部分。并且只有這樣的結構，才可以實現經濟型內冷卻鉆床。

　　該新型鉆床的優點： ① 刀具更換快捷，主軸孔即是刀柄式快換夾頭。②由于沒有了像莫氏錐孔主軸一樣刀具裝卸時對主軸的敲擊，主軸自身的精度能夠持久。③每一樣刀具都可以以快換夾頭的方式裝夾，大部分刀具均可以實現內冷卻。這樣，不但可以推動普通內冷卻莫氏錐柄高速鋼麻花鉆頭的產業化，也可以使普通鉆床能夠使用先進的數控刀具。④由于可以大量使用內冷卻刀具，使得刀具損耗大大降低，工作效率和產品質量大大提高，提高效益、節約資源。

　　新型快換夾頭式鉆床是機械制造裝備行業發展的方向，能夠充分體現出現代機械加工制造的高效率、高精度，并且可以為國家節約大量的刀具材料和刀具成本，經濟效益和社會效益不可估量。該刀柄式快換夾頭技術的開發，為無需外動力來源的快換刀具式新型鉆床的研制奠定了基礎，可將普通機床的整體性能提高到一個新的高度。

　　4. 結語

　　該夾頭是全錐式連接快換夾頭，具有精度高、剛性好和裝卸快捷的特點。希望今后能夠與鉆床廠合作，嘗試開發新型的經濟型數控鉆床，其主軸直接采用快換夾頭方式，并且可以實現內冷卻。同時，也可以開發普通立式快換夾頭式鉆床和搖臂鉆床。

　　朱明，《金屬加工》冷加工2016第17期