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精密的機(jī)床配合先進(jìn)的切削刀具可提供出色的金屬切削生產(chǎn)率。而刀柄作為切削刀具和機(jī)床主軸之間的關(guān)鍵性接口，對于實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率至關(guān)重要。刀具制造商提供多種刀柄類型，每種類型的刀柄在特定加工應(yīng)用中都具有最佳性能。因此，加工車間應(yīng)根據(jù)其特定工序以及生產(chǎn)的零件選擇刀柄。然而，雖然車間希望采用最先進(jìn)的機(jī)床技術(shù)和切削刀具材料，但對于選擇、應(yīng)用和維護(hù)最適合其特定生產(chǎn)需求的刀柄，他們通常并不重視。 

所有刀柄都不盡相同

沒有一個刀柄系統(tǒng)是萬能的。專為高速精加工工序而打造的刀柄通常會缺乏高效加工所需的剛性和強(qiáng)度，例如，粗加工毛坯鑄件。相反，用于粗加工的刀柄通常會缺乏動平衡性，這種動平衡性能夠使刀柄在精加工工序中高速平穩(wěn)運(yùn)行。此外，粗加工刀柄的粗壯設(shè)計(jì)和大體積可能會限制其夠到較精細(xì)或較深的零件特征。而難加工材料需要具有增強(qiáng)強(qiáng)度和剛性的刀柄。此外，刀柄的減振能力以及冷卻液輸送能力也是重要的選擇標(biāo)準(zhǔn)。

使用不合適的刀柄會導(dǎo)致尺寸誤差和零件報廢，以及機(jī)床主軸過度磨損、刀具壽命縮短和刀具斷裂風(fēng)險增加。在非關(guān)鍵性作業(yè)中，物美價廉的刀柄可能會產(chǎn)生令人滿意的結(jié)果。但是，在必須獲得可重復(fù)精度的工序中，尤其是在昂貴工件報廢會降低零件的利潤率時，投資以應(yīng)用為中心的高質(zhì)量刀柄可以以較低的成本防范此類意外損失。

某些車間經(jīng)理可能認(rèn)為在各種應(yīng)用中使用長型刀柄可以有效節(jié)約成本。然而，盡可能使用最短的刀柄將最大限度地提高剛性，減少導(dǎo)致表面質(zhì)量下降的振動并保持刀具壽命。

刀柄占總生產(chǎn)成本不到 2%。即使將刀柄成本減半，對總生產(chǎn)成本也只是微不足道的節(jié)省，而工件報廢或刀具斷裂對成本有重大影響。優(yōu)質(zhì)刀具和刀柄可提高金屬切削生產(chǎn)率，從而立即獲得刀具投資回報。尤其是在航空航天零部件制造等對加工工藝穩(wěn)定性要求極為嚴(yán)格的行業(yè)中，許多制造商都將重點(diǎn)放在購買優(yōu)質(zhì)刀具上，以避免生產(chǎn)出有缺陷的零件或是將時間浪費(fèi)在故障排除和生產(chǎn)中斷上。航空航天制造商通常要花較長時間來驗(yàn)證新的刀柄概念，然后才能進(jìn)行生產(chǎn)認(rèn)證。

工件因素影響刀柄選擇

影響刀柄選擇的因素包括每個作業(yè)中工件材料的可加工性以及最終零件的配置，這些因素可確定到達(dá)特定輪廓或特征所需的刀柄尺寸。刀柄應(yīng)盡可能簡單且易于使用，以盡量減少操作員出錯的可能性。

無論采用哪種刀柄技術(shù)，機(jī)床的剛性、主軸功率和產(chǎn)生嚴(yán)格公差的能力將決定什么工序是可行的。例如，在磨損的機(jī)床上嘗試產(chǎn)生微米級公差就不切實(shí)際。

機(jī)床的基本構(gòu)件起著關(guān)鍵作用 — 具有線性導(dǎo)軌的快速機(jī)床將充分利用專為高速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的刀柄，而具有箱型槽的機(jī)床則為重載加工提供支持。多任務(wù)機(jī)床可同時完成車削和銑削/鉆削工序。

也可以根據(jù)加工策略選擇刀柄。例如，為了在高速切削 (HSC) 工序中或在高性能切削 (HPC) 應(yīng)用中最大限度地提高生產(chǎn)率，車間會選用不同的刀具，前者涉及較淺的切削深度，后者重點(diǎn)關(guān)注在功率充足但速度有限的機(jī)床上產(chǎn)生較高的金屬切除率。

較低的可重復(fù)徑向跳動有助于確保恒定的刀具嚙合量，從而減少振動并最大限度地延長刀具壽命。平衡至關(guān)重要，高質(zhì)量刀柄應(yīng)在 G2,5-25000 rpm 質(zhì)量 (1 g.mm) 下達(dá)到精密動平衡。加工車間可以根據(jù)實(shí)際情況，或咨詢刀具供應(yīng)商，確定能夠以經(jīng)濟(jì)高效的方式滿足其生產(chǎn)需求的刀柄系統(tǒng)。

每種刀柄都有自己的細(xì)分市場

無論是簡單的側(cè)固式、夾套式、熱縮式、機(jī)械式還是液壓式，刀柄都應(yīng)符合特定的工序要求。例如，用于側(cè)固柄刀具的簡單立銑刀刀柄堅(jiān)固、易于使用，可傳輸高扭矩，并提供安全和堅(jiān)固的夾緊功能，具有強(qiáng)大的防拉拔作用。這類刀柄非常適合重載粗加工，但缺少精確的同心度。通常，它們本質(zhì)上是不平衡的，不能有效地應(yīng)用于使用高轉(zhuǎn)速的應(yīng)用。

彈簧夾頭和可互換夾套是最常用的圓形刀柄技術(shù)。經(jīng)濟(jì)高效的 ER 式提供各種尺寸，并提供足夠的夾持力，以實(shí)現(xiàn)可靠的輕銑削和鉆削工序。高精度 ER 夾套式刀柄具有較低的徑向跳動（在刀尖處 < 5μm）和可平衡用于高速工序的對稱設(shè)計(jì)，而加強(qiáng)型則可用于重載加工。ER 刀柄便于快速轉(zhuǎn)換，可適應(yīng)各種刀具直徑。

熱脹刀柄可提供強(qiáng)大的夾緊力，在 3xD 處具有 3 μm 的同心度，且具有極佳的動平衡質(zhì)量。小巧的刀柄設(shè)計(jì)可以很好地夠到棘手的零件特征。

增強(qiáng)型刀柄可進(jìn)行中等至重載銑削，但夾持力取決于刀桿和刀柄的內(nèi)徑公差。熱脹式刀具需要購買特殊加熱裝置，加熱/冷卻過程比簡單地切換夾套需要更多的安裝時間。

機(jī)械銑削夾頭通過多排滾針軸承提供強(qiáng)大的夾持力和高徑向剛性。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)重載銑削和快速換刀，但跳動量可能大于夾套系統(tǒng)。機(jī)械夾頭的尺寸通常大于其他刀柄類型，這可能會限制刀具夠到某些零件特征。

與機(jī)械夾頭相比，使用油壓產(chǎn)生夾緊力的液壓夾頭具有更少的內(nèi)部構(gòu)件，因此外形相對更纖細(xì)。液壓夾頭的徑向跳動較低，在高主軸轉(zhuǎn)速下可有效地進(jìn)行擴(kuò)孔、鉆孔和輕銑削，但對大徑向負(fù)載敏感。

與刀柄如何固定切削刀具同樣重要的，是如何將刀柄安裝到機(jī)床主軸上。刀柄的主軸或錐形端決定了扭矩傳遞能力及刀具對中精度。傳統(tǒng) BT、DIN 和 CAT 刀柄錐度適用于較小的機(jī)床，但在高速加工方面可能會受到限制。與刀柄錐面和端面雙面接觸的型號可提供更高的剛性和精度，尤其是在大懸伸情況下?？煽總鬟f更大的扭矩需要更大的錐度尺寸。例如，HSK-E32 刀柄不能在重載加工中替代 HSK-A125A。

刀柄錐度形式的選擇通常因地區(qū)而異。二十世紀(jì)九十年代中期，5 軸機(jī)床越來越受歡迎，HSK 正是在這期間開始在德國涌現(xiàn)。CAT 刀柄主要用于美國，而在亞洲，BT 刀柄非常受歡迎，并且經(jīng)常為錐面/端面雙面接觸的型號。

HSK 常用于 5 軸加工。PSC（多邊形夾緊系統(tǒng)：Capto）和 KM 連接主要用于多任務(wù)機(jī)床，采用 ISO 標(biāo)準(zhǔn)。KM 和 Capto 都是模塊化系統(tǒng)，允許通過組合接長桿或縮徑桿以裝配特定長度的刀具。隨著多任務(wù)機(jī)床越來越普遍，能夠在一次裝夾中實(shí)現(xiàn)車、銑、鉆等加工類型的刀柄越來越受歡迎。

盡管專用的刀柄系統(tǒng)具備出色性能，但車間必須計(jì)算盈利性。來自單一供應(yīng)商的專用系統(tǒng)往往成本較高，并且刀具的選擇余地有限。

成本和其他注意事項(xiàng)

雖然液壓式或機(jī)械式刀柄的基本成本比夾套式或熱脹式刀柄的基本成本更高，但后者還牽涉到其他因素，例如熱脹加熱系統(tǒng)的費(fèi)用，以及更換刀具所需的時間。此外，每個刀具直徑還需要有相應(yīng)的熱脹式刀柄，相對而言，在彈簧夾頭刀柄系統(tǒng)中只需切換夾套即可適應(yīng)不同的直徑。

機(jī)床操作員和刀具維護(hù)人員務(wù)必需要正確使用刀柄。與機(jī)床和其他制造設(shè)備一樣，刀柄需要正確使用和維護(hù)，以最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢及潛能。例如，操作員必須將刀桿完全插入刀柄中，如果插入不當(dāng)會導(dǎo)致刀具出現(xiàn)準(zhǔn)確性盡失的振動狀況甚至彈出。遵循刀具裝配規(guī)范至關(guān)重要。在擰緊夾頭時，操作員不得使用加長手柄來施加過大的扭矩，這會扭曲夾套并導(dǎo)致刀具錯位。

刀具維護(hù)也很重要，但這點(diǎn)通常被忽略。操作員應(yīng)始終清潔刀柄后再使用，也應(yīng)檢查機(jī)床主軸。刀柄應(yīng)存放在清潔干燥的地方，并用蓋子保護(hù)刀具錐面。應(yīng)定期檢查液壓夾頭的油液壓力。

加工車間必須重視刀柄在加工系統(tǒng)中的重要性，并了解如何將正確的刀柄與特定機(jī)床、加工策略和工件正確匹配來提高生產(chǎn)率和降低成本。同時，刀柄制造商提供全面的刀柄選擇，旨在滿足個性化的工藝需求。

未來的技術(shù)改進(jìn)將不再局限于刀柄本身。使用軟件和 RFID 標(biāo)簽進(jìn)行刀具管理是基于數(shù)據(jù)的制造的一個要素，并且正在變得越來越普遍。刀柄技術(shù)的進(jìn)步包括配備傳感器的刀柄，可實(shí)時監(jiān)控刀柄上的力。所收集的數(shù)據(jù)允許操作員在加工過程中對加工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，甚至可以通過與機(jī)器控制單元連接的人工智能 (AI) 自動調(diào)整。這些技術(shù)和其他新技術(shù)將進(jìn)一步增加刀柄在加工工序中的生產(chǎn)貢獻(xiàn)值。