自动换刀装置面世以来，一直采用标准结构型式，即通过由拉钩拉紧的弹簧副将刀柄夹持在机床主轴上。弹簧副由一组贝勒维尔垫圈（Belleville washers）组成，这种特型弹簧垫圈在压缩时可产生较大的夹紧力。但是，与任何弹簧机构一样，传统的主轴夹头在多次重复使用后会丧失一部分夹紧力（按换刀总次数计算，夹紧力下降可达30％或更多）。
随着机床主轴速度的不断提高，对刀具、刀柄及相关部件的精确平衡提出了更高的要求。由于机械弹簧副中的贝勒维尔垫圈在夹紧和松开时容易产生位移而偏离主轴夹头的中心轴线，因此会影响主轴夹头的平衡，且弹簧副的重量会将不平衡的影响放大。
经过三年的试验研究，Sandvik Coromant公司开发出一种全新结构的主轴夹头。这种气动弹性夹紧系统利用压缩氮气向刀柄施加夹紧力，可较好克服传统夹头的设计缺陷。这种新型夹头采用一个与拉钩相连的连杆－活塞机构，气缸孔中充满高压氮气，其内部气压与活塞两边的压力相等。新型夹头中的气体压力可起到与传统主轴夹头中的弹簧副相同的作用，当活塞杆压缩时，气缸内的气体压力增高，从而可储存附加能量以产生夹紧力。
The gas spring design uses compressed nitrogen to provide the clamping force.
与具有相同夹紧力的传统弹簧副夹头相比，新型气动弹性夹头的尺寸更为紧凑，重量也更轻。此外，由于采用了对称结构设计，气动弹性夹头可有效消除平衡误差。在耐用性方面，气动弹性夹紧机构使用一百万次后，其夹紧力仅比初始夹紧力损失5％；而传统的弹簧副机构在使用相同次数后，其夹紧力丧失可高达50％。对于机床制造厂而言，将气动弹簧装配到主轴夹头中比弹簧副的装配更为简便。
A conventional, spring-pack mechanism consists of a stack of Belleville washers.
Sandvik Coromant公司的实验室对新型气动夹头进行了广泛的试验，结果表明，无论在何种主轴转速或加工条件下，气动弹性夹头都不会发生明显故障。目前，Sandvik Coromant公司已向所有重要的机床制造商提供了这种新型夹头，供他们在加工中心上进行现场试验。其中一些制造商（如Index公司、大宇重工等）已在他们生产的多功能机床上使用了采用气动弹性夹紧系统的Coromant Capto主轴。(end)
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