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刀柄热胀仪是一种连接主轴和刀具的中间夹持元件，刀具和刀柄热胀仪之间不介入任何零件。夹持刀具时，利用热感应装置使刀柄热胀仪的夹持部分在短时间加热至 250°C~425°C，待其内径扩张至超过刀具被夹持部分的直径时，迅速将刀具装入刀柄热胀仪内，刀柄热胀仪冷却收缩时，刀具与刀柄热胀仪形成过盈配合，以此实现刀柄对刀具的可靠、高精度有效夹持。与弹性夹头相比，刀柄热胀仪由于是由刀柄单体构成，没有零件组合带来的精度降低，并且是依靠金属的收缩方式夹持刀具，比机械性收缩方式离散度小，精度稳定性高。

另外，刀柄热胀仪具有较高的夹持扭矩、高弯曲刚性及高的动平衡性。为了达到增加金属去除率和延长刀具寿命的目的，例如铝合金的加工，随着热缩技术的应用，强力刀柄热胀仪也被扩展使用到粗加工上。归功与其外形加固，抗震性能更强，跳动精度继续保证小于0.003mm。具有高刚性外形尺寸和加强夹持壁厚的重型刀柄热胀仪可以再高要求的加工重也游刃有余。例如，再航空航天业的钛合金加工和重工业中得到广泛应用。另外，为了满足在模具和医疗工业中的较深型腔的五轴加工，特别设计顶端斜度为3°的刀柄热胀仪。这种刀柄前端壁厚很薄，后端为加厚结构。因此可在高效切削中装夹锥度刀具或加长刀具。

刀柄热胀仪的夹持力由刀柄热缩夹头和刀具的过盈配合产生，夹持力的大小主要受接触压力和接触面积的影响。在夹持长度一定的条件下，过盈量、刀柄壁厚以及转速三方面主要因素共同影响接触压力的大小。通过分析单因素条件可知：接触压力随基本过盈量的增加而增加；由于刀具的刚度大于热缩夹头结构的刚度，刀具受离心力小于热缩夹头收到的离心力，故相同主轴转速下热缩夹头内孔径向扩张量大于刀具扩张量，从而减小过盈量，使夹持力相对减小。

刀柄壁厚对夹持力的影响主要是双因素或三因素综合作用来体现：在相同转速、相同初始过盈量条件下，壁厚越大接触压力越大。一定主轴转速下，热缩夹头内孔扩张量与夹头外壁壁厚正相关，考虑到整个夹头模型为锥体结构，热缩夹头内孔面小端到大端沿轴向的扩张量逐渐变大而形成喇叭口状。在转速4000r/min的条件下，4.5°和3°的刀柄热胀仪在各自接触面上接触压力分布不均，这是由于热缩夹头外壁圆锥上各点直径不同，径向变形及径向间隙是非均匀的。表现为在轴向方向上随热缩夹头壁厚的增大，接触压力逐渐变大。对比不同壁厚热缩夹头的接触面接触压力，可见厚壁热缩夹头刀柄4.5°的接触压力较薄壁热缩夹头刀柄3°要大。

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