加工中心工具系统（一）

一、刀柄及选择

加工中心上使用的刀具由刃具部分和连接刀柄两部分组成。刃具部分包括铣刀、钻头、镗刀、铰刀等。加工中心有自动换刀装置，连接刀柄时要满足机床主轴自动松开和拉紧定 位、准确安装各种切削刃具及适应机械手的夹持和搬运、储存和识别刀库中各种刀具的要求。加工中心刀柄已系列化、标准化，采用ISO 7388/1 (GB/T 10944—1989)《自动换刀机10床用7 : 24圆锥工具柄部40、45、50号圆锥柄》标准。固定在刀柄尾部且与主轴内拉紧机 构相适应的拉钉也标准化，采用ISO 7388/2 (GB/T 10945—1989)《自动换刀机床用7 > 24 圆锥工具柄部40、45、50号圆锥柄用拉钉》标准。图1-4为各种形式的加工中心刀柄及相 应的弹性套、拉钉、装卸扳手等。现仅就选用加工中心刀柄时的注意事项做一叙述。

             根据机床上典型零件的加工工艺来选择刀柄加工中心上使用的钻、扩、铰、镗孔及铣削、攻螺纹等各种用途的刀柄，其规格数将达数百种之多。具体到某一台或几台机床上，用户只能根据要在这台机床上加工的典型零件加工工 艺来选取。这样选择的结果既能满足加工需要，也不至于造成积压，是最经济、最有效的方法。

             刀柄配置数量

刀柄配置数量与机床所要加工的零件品种、规格及数量有关，也与复杂程度、机床的负荷有关。一般是所需刀柄数量的2〜3倍。这是因为要考虑到机床工作的同时，还有一定数 量的刀柄正在预调或刀具修磨。只有当机床负荷不足时，才取2倍或不足2倍。

             刀柄的柄部型式是否正确

为了便于换刀，镗铣类加工中心及加工中心的主轴孔多选定为不自锁的7 : 24锥度，但 是刀柄与机床相配的柄部（除锥角以外的部分）并没有完全统一。尽管已经有了相应国际标准IS07388，可在有些国家并未得到贯彻，如有的柄部在7 : 24锥度的小端带有圆柱头，而 另一些就没有。对于自动换刀机床用工具柄部，要切实弄清楚选用的机床应配用符合哪个标准的工具柄部。要求使选择的刀柄要与机床主轴孔的规格相一致。刀柄抓拿部位要 能适应机械手的形态位置要求，拉钉的形状、尺寸要与主轴的拉紧机构相匹配。

             选用模块式刀柄和复合刀柄要综合考虑

采用模块式刀柄必须配一个柄部、一个接杆和一个镗刀头部。当刀库容量大、更换刀具频繁，可考虑使用模块式刀柄，若长期反复使用，不需要反复拼装，则可使用普通刀柄。对 于加工批量大又反复生产的典型零件，为了减少加工时间和换刀次数，可以考虑采用专门设计的复合刀柄。尽管S合刀柄价格要贵，但采用一把复合刀柄后，可大大节省工时。而且一 般加工中心的主电机功率较大，机床刚度较好，能够承受较大切削力。采用多刀多刃强力切削，可以充分发挥机床的性能，提高生产率，缩短生产周期。在设计专用的复合刀柄时，应 尽量采用标准化的刀具模块，这样能有效地减少设计与加工的工作量。              高速切削用刀柄和高速夹头

高速切削用的刀具，无论从加工精度，还是操作安全方面考虑，对它的装夹技术都有很高的要求。弹簧夹头、螺钉等传统的刀具装夹方式已经不能满足高速加工的需要。刀柄和刀具夹头是高速刀具技术的重要部分。目前高速加工机床上所采用的HSK刀柄是一种新型的 高速锥型刀柄，由德国阿亨工业大学机床研究所研究开发。HSK刀柄和普通刀柄的外形结 构见图1-5，它改进常规刀柄7 > 24锥度的缺陷，其接口采用锥面和端面两面同时定位的方 式，完全消除了轴向定位误差。刀柄为空心，有利于换刀轻型化和髙速化，是髙速加工中心 普遍采用的刀柄。除高速刀柄外，高速夹头的合理使用也非常重要。目前用得较多的是世界著名公司德国雄克（SCHUNK)生产的适应于高速切削的具有夹紧精度髙、传递转矩大、 结构对称性好、外形尺寸小等特点的三棱变形静压夹头。另外，热装夹头、高精度弹簧夹头 等也是应用较广泛的高速夹头。

             HSK刀柄HSK双面定位型空心刀柄是一种典型的1 | 10短谁面刀具系统。HSK 刀柄由锥面（径向）和法兰端面（轴向）共同实现与主轴的刚性连接。由锥面实现刀具与主 轴的同轴度，锥柄的锥度为1=10，如图1-6所示。这种结构的主要特点如下。

             采用锥面、端面过定位的结合形式，可以有效地提高结合刚度。    因锥部长度短和采用空心结构后质量较轻，所以自动换刀动作快，缩短移动时间，加快刀具移动速度，有利于实现ATC的高速化。采用1 : 10的锥度，与7 : 24锥度相比锥部较短，楔形效果好，可以有较强的抗扭 能力，且能抑制因振动产生的微童位移。