工具系統(tǒng)的選擇是數(shù)控機床配置中的重要內(nèi)容之一，因為工具系統(tǒng)不僅影響數(shù)控機床的生產(chǎn)效率，而且直接影響零件的加工質(zhì)量。根據(jù)數(shù)控機床(或加工中心)的性能與數(shù)控加工工藝的特點優(yōu)化刀具與刀柄系統(tǒng)，可以取得事半功倍的效果。

一 數(shù)控機床常用刀柄的分類

    與普通加工方法相比，數(shù)控加工對刀具的剛度、精度、耐用度及動平衡性能等方面要求更為嚴(yán)格。刀具的選擇要注重工件的結(jié)構(gòu)與工藝性分析，結(jié)合數(shù)控機床的加工能力、工件材料及工序內(nèi)容等因素綜合考慮。

數(shù)控加工常用刀柄主要分為鉆孔刀具刀柄、鏜孔刀具刀柄、銑刀類刀柄、螺紋刀具刀柄和直柄刀具類刀柄(立銑刀刀柄和彈簧夾頭刀柄)。

二 數(shù)控機床常用刀柄的選擇

1. 刀柄結(jié)構(gòu)形式

    數(shù)控機床刀具刀柄的結(jié)構(gòu)形式分為整體式與模塊式兩種。整體式刀柄其裝夾刀具的工作部分與它在機床上安裝定位用的柄部是一體的。這種刀柄對機床與零件的變換適應(yīng)能力較差。為適應(yīng)零件與機床的變換，用戶必須儲備各種規(guī)格的刀柄，因此刀柄的利用率較低。模塊式刀具系統(tǒng)是一種較先進的刀具系統(tǒng)，其每把刀柄都可通過各種系列化的模塊組裝而成。針對不同的加工零件和使用機床，采取不同的組裝方案，可獲得多種刀柄系列，從而提高刀柄的適應(yīng)能力和利用率。

    刀柄結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)兼顧技術(shù)先進與經(jīng)濟合理：①對一些長期反復(fù)使用、不需要拼裝的簡單刀具以配備整體式刀柄為宜，使工具剛性好，價格便宜(如加工零件外輪廓用的立銑刀刀柄、彈簧夾頭刀柄及鉆夾頭刀柄等)；②在加工孔徑、孔深經(jīng)常變化的多品種、小批量零件時，宜選用模塊式刀柄，以取代大量整體式鏜刀柄，降低加工成本；③對數(shù)控機床較多尤其是機床主軸端部、換刀機械手各不相同時，宜選用模塊式刀柄。由于各機床所用的中間模塊(接桿)和工作模塊(裝刀模塊)都可通用，可大大減少設(shè)備投資，提高工具利用率。

2.刀柄規(guī)格

    數(shù)控刀具刀柄多數(shù)采用7：24 圓錐工具刀柄，并采用相應(yīng)型式的拉釘拉緊結(jié)構(gòu)與機床主軸相配合。刀柄有各種規(guī)格，常用的有40 號、45 號和50 號。目前在我國應(yīng)用較為廣泛的有ISO7388-1983、GB10944-1989、MAS403-1982、ANSI/ASME B5.50-1985 等，選擇時應(yīng)考慮刀柄規(guī)格與機床主軸、機械手相適應(yīng)。

3.刀柄的規(guī)格數(shù)量

     整體式的TSG 工具系統(tǒng)包括20 種刀柄，其規(guī)格數(shù)量多達數(shù)百種，用戶可根據(jù)所加工的典型零件的數(shù)控加工工藝來選取刀柄的品種規(guī)格，既可滿足加工要求又不致造成積壓。考慮到數(shù)控機床工作的同時還有一定數(shù)量的刀柄處于預(yù)調(diào)或刀具修磨中，因此通常刀柄的配置數(shù)量是所需刀柄的2 ～ 3 倍。

4.刀具與刀柄的配套

     關(guān)注刀柄與刀具的匹配，尤其是在選用攻螺紋刀柄時，要注意配用的絲錐傳動方頭尺寸。此外，數(shù)控機床上選用單刃鏜孔刀具可避免退刀時劃傷工件，但應(yīng)注意刀尖相對于刀柄上鍵槽的位置方向：有的機床要求與鍵槽方位一致，而有的機床則要求與鍵槽方位垂直。

5.選用高效和復(fù)合刀柄

    為提高加工效率，應(yīng)盡可能選用高效率的刀具和刀柄。如粗鏜孔可選用雙刃鏜刀刀柄，既可提高加工效率，又有利于減少切削振動；選用強力彈簧夾頭不僅可以夾持直柄刀具，也可通過接桿夾持帶孔刀具等。對于批量大、加工復(fù)雜的典型工件，應(yīng)盡可能選用復(fù)合刀具。盡管復(fù)合刀具與刀柄價格較為昂貴，但在加工中心上采用復(fù)合刀具加工，可把多道工序合并成一道工序、由一把刀具完成，有利于減少加工時間和換刀次數(shù)，顯著提高生產(chǎn)效率。對于一些特殊零件還可考慮采用專門設(shè)計的復(fù)合刀柄。

6. 強化工具系統(tǒng)管理工作

    隨著數(shù)控機床數(shù)量增加，刀柄的數(shù)量會急劇增多。一套擁有5～8臺數(shù)控機床的柔性制造系統(tǒng)，刀柄數(shù)量可達1000把以上。如何使這些刀具得到合理有效的利用，是刀具管理的重點工作。其內(nèi)容包括：刀柄采購或補充計劃的提出；刀具數(shù)據(jù)的預(yù)調(diào)；刀具的調(diào)度與保管；刀具壽命情況判斷與控制等。

三 數(shù)控機床刀柄的發(fā)展

1. 特殊功能的刀柄

     近年來，加工中心上出現(xiàn)了一些特殊功能的刀柄，主要有以下類型。

a. 增速刀柄(增速頭)：能實現(xiàn)自動換刀。如日本NIKKEN公司的NXSE增速頭，在機床主軸速度為4000r/min 時，刀具可在0.8s內(nèi)轉(zhuǎn)速達到20000r/min。

b.多軸刀柄：它能同時加工多個孔，相當(dāng)于多軸加工頭。多軸與增速刀柄組合使用可構(gòu)成雙功能的多軸增速刀柄。

c. 內(nèi)冷卻刀柄：該刀柄與芯部開有冷卻液通道的麻花鉆或深孔鉆配合使用，利用特殊的供油系統(tǒng)，將高壓切削液噴注到切削部位，實現(xiàn)良好的冷卻與潤滑，并排除切屑。

d.轉(zhuǎn)角刀柄：這種刀柄的頭部可作30º、45º、60º、90º等角度旋轉(zhuǎn)，具有五面加工功能。安裝在立式加工中心上，可使立式加工中心具有臥式加工中心的功能，可用于深型腔的底部清角作業(yè)。

2.新型高速切削刀柄

    隨著數(shù)控機床高精度高速切削技術(shù)的發(fā)展，適應(yīng)高速切削的刀柄系統(tǒng)好得到研制與開發(fā)。如德國OTT公司的HSK刀柄和美國Kenamental公司的KM刀柄等，其軸向定位精度可達0 .001mm，且在高速旋轉(zhuǎn)下，刀夾鎖緊更為牢固，徑向跳動不超過5μm。HSK刀柄是一種典型的1:10 短錐面、錐柄和主軸端面同時接觸的雙定位型空心刀柄，其主要特點為：

a.采用錐面、端面過定位的結(jié)合形式，能有效地提高工

具系統(tǒng)的連接剛度，且重復(fù)定位精度高；

b.采用空心結(jié)構(gòu)和縮短錐部長度，刀柄質(zhì)量較輕，可縮短換刀移動距離，加快換刀速度，有利于實現(xiàn)高速自動換刀；

c. 采用1:10 錐度，錐柄較短，楔形效果好，有較強的抗扭能力，且能抑制因振動而產(chǎn)生的微量移位；

d.刀柄與主軸間由擴張爪鎖緊，轉(zhuǎn)速越高，擴張爪的離心力(擴張力)越大，鎖緊力越大，具有良好的高速性能。

e.為提高刀具系統(tǒng)在高速狀態(tài)下的動平衡精度，可在刀柄上安裝自動校正動平衡裝置。