近10余年來，在機(jī)械加工領(lǐng)域以數(shù)控機(jī)床、加工中心、復(fù)合加工中心等組成的柔性生產(chǎn)線，已逐漸替代多軸多面加工的組合機(jī)床生產(chǎn)線。前者更適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，其產(chǎn)品滿足了快速更新?lián)Q代的需要，但高柔性與率之間存在一定的矛盾。

近10余年來，在機(jī)械加工領(lǐng)域以數(shù)控機(jī)床、加工中心、復(fù)合加工中心等組成的柔性生產(chǎn)線，已逐漸替代多軸多面加工的組合機(jī)床生產(chǎn)線。前者更適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，其產(chǎn)品滿足了快速更新?lián)Q代的需要，但高柔性與率之間存在一定的矛盾。目前柔性生產(chǎn)線的機(jī)床以單軸、順序加工為主，因此比多軸多面加工的組合機(jī)床的生產(chǎn)效率低。為了解決高柔性與率之間的矛盾，柔性生產(chǎn)線可采用以下方法：

（1）實(shí)現(xiàn)高速化、超高速化，在機(jī)床主軸速度加快的同時(shí)，進(jìn)給速度也提高，使單位時(shí)間切削率接近并超過組合機(jī)床生產(chǎn)線的切削率。這種方法要求機(jī)床采用超高速電主軸，用直線電機(jī)替代長(zhǎng)機(jī)械傳動(dòng)鏈，同時(shí)使用恒溫、冷卻、防振等控制系統(tǒng)。
（2）實(shí)現(xiàn)更的工序集中。這種方法則要求加工中心多功能化，如新型復(fù)合加工中心根據(jù)需要，能夠進(jìn)行銑、鉆、鏜、車、磨、齒輪加工甚至特種加工等工藝，因此應(yīng)具有新型刀柄系統(tǒng)的高質(zhì)量、可靠、迅速更換各類刀具的特點(diǎn)，在零件一次定位安裝中可加工多種表面，從而保證高精度的各表面相互位置，節(jié)省了大量運(yùn)輸、安裝、調(diào)整時(shí)間，全面提高了生產(chǎn)效率。航空航天器零件除各表面精度與相互位置精度要求高，宜更多采用一次安裝加工多個(gè)表面的工序集中法外，也常因航空航天器要求減輕零件重量的特殊要求，一方面盡量用鋁合金、鈦合金、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等輕質(zhì)材料制作，另一方面可把過去由數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)零件通過鉚接焊接起來的組合零件合并成一個(gè)帶有大量薄壁和筋板的整體零件，由實(shí)心毛坯整體制造。整體制造如果采用以往數(shù)控加工工藝，工時(shí)長(zhǎng)，效率很低，若采用高速、超高速并運(yùn)用的工序集中方法來加工，就可大大提率、縮短工時(shí)。

HSK刀柄系統(tǒng)

加工中心等數(shù)控機(jī)床多年來一直采用7∶24的實(shí)心錐形刀柄，如JT、SK、BT、CAT等系統(tǒng)，實(shí)心錐柄因?yàn)橹豢垮F面結(jié)合，而顯得剛性不足，在一般低速回轉(zhuǎn)時(shí)問題不大，高速回轉(zhuǎn)時(shí)，外錐會(huì)因離心力張開，致使夾持松動(dòng)，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過10000r/min時(shí)，會(huì)比較危險(xiǎn)而不宜使用。它只靠錐面定位，軸向定位精度不高。于是各大刀柄刀具公司陸續(xù)開發(fā)具有各自特色的既有柱面、錐面又有端面定位的兩面約束定位系統(tǒng)，如德國(guó)Komet的ABS系統(tǒng)，美國(guó)Kenament的KM系統(tǒng)，瑞士SwissBore的錐銷系統(tǒng)，日本NT公司用普通BT刀柄改造成中空結(jié)構(gòu)的AHO系統(tǒng)等，但都具有一定的局限性。

近年來, HSK系統(tǒng)成為德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)一步被定為ISO標(biāo)準(zhǔn)，由于它的*優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合各類刀具，按長(zhǎng)軒、特殊構(gòu)件組成的模塊系統(tǒng)極大地提高了加工的效率與質(zhì)量。HSK系統(tǒng)，夾緊時(shí)由于錐面受壓產(chǎn)生彈性變形，刀柄向主軸錐孔軸向位移過程中消除了初始軸向間隙，達(dá)到了錐面和端面同時(shí)定位，理論上講是一種過定位，但由于精密制造保證了高的相互位置精度，反而增強(qiáng)了安裝剛性。這種定位的優(yōu)點(diǎn)為：

·可適應(yīng)高速回轉(zhuǎn)，當(dāng)高速回轉(zhuǎn)時(shí)，錐孔由于離心力而擴(kuò)張，錐軸由于彈性變形恢復(fù)，與錐孔保持精密接觸，并維持端面與錐面同時(shí)約束定位；
·重復(fù)定位精度高，可保證2μm；
·由于軸向徑向均定位，故安裝剛性高；
·拆卸簡(jiǎn)單，由于有輔助分離機(jī)構(gòu)，在刀具熱膨脹時(shí)也能方便卸下；
·冷卻系統(tǒng)完備，此系統(tǒng)有中心供油和端面供油2種方式可供選擇。

中空結(jié)構(gòu)是HSK系統(tǒng)的重要特征，中空結(jié)構(gòu)尚可使夾緊機(jī)構(gòu)置于其中，夾緊機(jī)構(gòu)強(qiáng)行使帶刀具的HSK錐柄拉進(jìn)機(jī)床主軸前端HSK錐孔內(nèi)，錐柄受壓，錐孔被脹 , 二者均受彈性變形，從而可使錐柄移動(dòng)端面靠緊主軸錐孔端面，實(shí)現(xiàn)錐面與端平面二面定位夾緊。HSK 系統(tǒng)錐面的錐度是1/10, 比一般的7/24 刀柄錐度小，故有利于自鎖，夾緊牢靠不易松動(dòng)。錐度小也使內(nèi)外錐間產(chǎn)生較小的位移實(shí)現(xiàn)夾緊，這樣結(jié)構(gòu)可做得短小緊湊，使換刀行程縮短、速度快。HSK系統(tǒng)錐面是過盈配合，夾緊松開過程中相互產(chǎn)生較大摩擦力，久用也會(huì)磨損，實(shí)際上1/10錐度是公稱值，按ISO標(biāo)準(zhǔn)具體規(guī)定 HSK刀柄錐度是1/9.98，主軸錐孔是1/10，這樣可適當(dāng)減少摩擦力，從而改善磨損。HSK系統(tǒng)有A、B、C、D、E、F六種型號(hào)，35種規(guī)格，目前zui廣泛應(yīng)用的是HSK-A 型。加工中心的主軸前端安裝刀柄，刀柄前端裝夾刀具，為了保持整個(gè)系統(tǒng)的良好剛性，一般必須使主軸剛性大于主軸與刀柄安裝處的結(jié)合剛性，此結(jié)合剛性應(yīng)大于刀柄本體的剛性，刀柄本體剛性應(yīng)大于刀柄夾持刀具的剛性，此夾持剛性應(yīng)大于刀具自身剛性。HSK刀柄與常用BT刀柄相比（見表1）可知，HSK比BT刀柄結(jié)合力（剛性）高許多，這就意味HSK刀柄在高速加工時(shí)，可以抑制振動(dòng)，這對(duì)提高刀具壽命與提高加工質(zhì)量有很大的意義。結(jié)合力（剛性）提高了就意味著 HSK 刀柄懸伸長(zhǎng)度可更長(zhǎng)，零件深部也可加工，HSK刀柄懸伸長(zhǎng)度比BT刀柄長(zhǎng)1.42倍時(shí)仍能達(dá)到與BT刀柄同樣的剛性。另外，這里的結(jié)合力即結(jié)合強(qiáng)度表示外力必須大于它，才能使結(jié)合松動(dòng)，構(gòu)件產(chǎn)生位移與變形，即是一種剛性的體現(xiàn)。

3種HSK 刀柄應(yīng)用

1 安裝立銑刀

面銑刀、鉆頭等回轉(zhuǎn)工具的HSK刀柄系統(tǒng)，以日本NT公司所制HSK刀柄系統(tǒng)為例。在HSK刀柄前可根據(jù)加工需要：用強(qiáng)力夾緊刀柄，可夾持各類立銑刀、鉆頭、鉸刀；面銑刀刀柄，可夾持面銑刀；筒夾式刀柄也可夾持立銑刀、鏜刀、鉆頭等回轉(zhuǎn)刀具；莫式錐柄型刀柄可夾持帶莫式錐度的各類刀具；側(cè)固式刀柄可夾持刀柄帶平面用側(cè)面螺釘夾緊的各類刀具；鉆夾頭刀柄可夾持較細(xì)的鉆頭；絲錐用夾頭帶有過載保護(hù)機(jī)構(gòu)可用于攻絲；液壓夾頭、熱縮夾頭可用于高精度夾持。NT 有一種“R”zero 刀柄，刀柄內(nèi)有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可使所安裝的刀具伸出端頭部振擺趨近于“0”，從而使孔加工的表面粗糙度得到改善，加工穩(wěn)定性和刀具壽命都得到提高。還可安裝周銑刀、三面刃銑刀的刀柄等，這樣，能用回轉(zhuǎn)刀具加工的各種表面均能加工。

帶螺紋的刀頭裝拆

2 用螺紋連接模塊化刀具的HSK刀柄

為實(shí)現(xiàn)工序集中，提高加工效率，在模具加工中一些刀具廠商開發(fā)了用螺紋連接模塊化刀具的HSK刀柄，下面以三菱公司的產(chǎn)品為例來作說明。 三菱公司目前使用的為HSK63A刀柄，其刀頭裝拆如圖1所示，其螺紋部分尺寸是M8～M16，所裝立銑刀刀頭均是多功能帶可轉(zhuǎn)位刀片的，刀頭尺寸一般為φ16～φ40。裝上可轉(zhuǎn)位刀片的立銑刀頭的精度雖不及精密的整體立銑刀，但不需重磨，轉(zhuǎn)位后可繼續(xù)加工。隨工件材料不同可更換不同材質(zhì)的刀片，不同的切削條件尚可選擇不同的斷屑槽刀片，一種刀頭能加工多種型面，當(dāng)某種型面一種刀頭不能加工時(shí)，可迅速換上另一種刀頭，故能在粗加工和半精加工中提高加工效率。

3 車削加工用HSK刀具系統(tǒng)

三菱等公司開發(fā)了復(fù)合加工中心所需的各種車削刀具的HSK刀柄系統(tǒng)如圖2所示。這類套系統(tǒng)可分別用于外圓、端面、槽、螺紋、內(nèi)圓鏜削的加工，刀頭有2種形式：一種是刀尖與刀柄軸心偏置一段距離的左右手型；另一種是刀尖位置與中心一致的直頭型。還有在HSK刀柄前作出刀架結(jié)構(gòu)，可夾持1～3把車刀刀桿或鏜刀刀桿，以適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)尺寸零件加工的需要。車削外徑與端面的直頭型刀柄已標(biāo)準(zhǔn)化，具有的接近性，可避免與工件干涉接近到內(nèi)部加工面。復(fù)合加工中心車削用的HSK刀柄，為了提高車削精度，在二面約束定位的 ISO12164-1∶2001HSK刀柄標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上制定了鍵配合部分的公差，由日本17家制造廠商共同開發(fā)出了ICTM標(biāo)準(zhǔn)。按照ICTM標(biāo)準(zhǔn)，在牌號(hào)后可加“-W”，如HSK-A63W，表示可以在加工中心上與通用的HSK-A型刀柄互換。直頭刀柄使刀尖配置在主軸中心，使得中心高精度提高，能更穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)高精度加工。通過HSK刀柄安裝各種刀具、螺紋連接快速更換刀頭、HSK系統(tǒng)使車削刀頭與刀柄制成一體等的方法，是通過HSK刀柄的高剛性、高精度、適應(yīng)高速加工、快速更換刀頭等優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。從而，使工序集中能更地實(shí)現(xiàn)，也使得柔性機(jī)床生產(chǎn)線在克服柔性與效率的矛盾的問題上大大向前跨進(jìn)了一步。