刀柄7/24锥度刀柄

半个多世纪以来，加工中心上一直采用7/24锥度的BT刀柄实现刀具与机床主轴的连接。标准的7/24锥面联结有许多优点，如：可实现快速装卸刀具；刀柄的锥体在拉杆轴向拉力的作用下，紧紧地与主轴的内锥面接触，实心的锥体直接在主轴的锥孔内支撑刀具，可以减小刀具的悬伸量；只有一个尺寸需加工到很高的精度，所以成本较低而且可靠。然而，随切削高速化的发展，刀具要在比以前高得多的转速下进行切削加工，BT刀柄的连接性能就出现以下主要不足，图3是高速加工时BT工具系统工作示意图：

(1)主轴与刀柄不能实现与主轴端面和内锥面同时定位，导致连接刚度低，尤其是在高转速下，由于离心为的作用，主轴锥孔大端扩张量大于小端扩张量，使得刀柄和主轴的接触面积减少，工具系统的径向刚度，定位精度下降。

(2)在高速旋转下(特别是转速超过8000rpm后)，在离心力作用下刀柄向外的扩张量与主轴孔的扩张量差异明显，而且在孔口部位扩张量的差异要大于刀柄尾部，在拉杆的作用下，刀柄向后移动导致轴向位置发生变化，影响了加工精度和刀具稳定切削条件。并且主轴停车后，刀柄和主轴径向弹性回复，容易使刀柄卡死在主轴中，很难拆卸。

(3)主轴的膨胀还会引起刀具及夹紧机构质心的偏离，从而影响主轴的动平衡。

(4)刀柄为实心长锥柄结构，因此质量大，在加工中心上应用时，换刀速度较慢，导致非加工时间较长。

HSK刀柄采用短锥面和法兰端面同时定位，刀柄为中空结构，短锥体锥度为1：10， 刀柄与主轴之间通过膨胀式弹性夹头锁紧。HSK刀柄在工作过程中的失效形式主要有两种：一是由于刀柄材料强度不足，在巨大离心负荷作用下发生破坏； 二是由于高速旋转降低动态夹紧力，使夹紧系统不能提供足够的夹紧力以确保切削加工的顺利进行。因此，对HSK刀柄临界使用转速的计算应该从材料强度和夹紧力两方面进行分析。

HSK刀柄

HSK工具系统是一种新型的高速短锥型刀柄，其接口采用锥面和端面同时定位的方式，刀柄为中空，锥体长度较短，锥度为1/10，有利于实现换刀轻型化和高速化。如图1所示。由于采用空心锥体和端面定位，补偿了高速加工时主轴孔与刀柄的径向变形差异，并完全消除了轴向定位误差，使高速、高精度加工成为可能。这种刀柄在高速加工中心上应用越来越普遍。

KM刀柄

该刀柄的结构与HSK刀柄相似，也是采用了空心短锥结构，锥度为1/10，并且也是采用锥面和端面同时定位、夹紧工作方式。如图2所示，主要区别在于使用的夹紧机构不同，KM的夹紧结构已申请了美国专利，它使用的夹紧力更大，系统的刚度更高。不过由于KM刀柄锥面上开有两个对称的圆弧凹槽(夹紧时应用)，所以相比之下显得单薄，有些零件的强度较差，而且它需要非常大的夹紧力才能正常工作。另外，KM刀柄结构的专利保护限制了该系统的迅速推广应用。

NC5刀柄

它也采用了空心短锥结构，锥度为1/10，并且也是采用锥面和端面同时定位、夹紧工作方式。由于扭矩是由NC5刀柄前端圆柱上的键槽传递的，刀柄尾部没有传递扭矩的键槽，所以轴向尺寸比HSK刀柄短。它与前面两种刀柄的最大区别在于刀柄没有采用薄壁结构，刀柄锥面处增加了一个中间锥套。KM刀柄和HSK刀柄是通过薄壁的变形来补偿刀柄和主轴制造误差，保证锥面和端面同时可靠的接触，而NC5刀柄是通过中间锥套的轴向移动达到这个目的。中间锥套的轴向移动动力来自刀柄端面上的碟形弹簧。由于中间锥套的误差补偿能力较强，因此NC5刀柄对主轴和刀柄本身的制造精度的要求可稍低些。另外，NC5刀柄内仅有一个安装拉钉的螺钉孔，孔壁较厚，强度高，可采用增压夹紧机构，满足重切削的要求。这种刀柄的主要缺点是刀柄和主轴锥孔之间增加了一个接触面，刀柄的定位精度和刚度有所下降。

CAPTO刀柄

Sandvik公司生产的CAPTO刀柄。这种刀柄的结构不是圆锥形，而是三棱圆锥，其棱为圆弧形，锥度为1/20，并且空心短锥结构，采用锥面与端面同时接触定位。三棱圆锥结构可实现两个方向都无滑动的转矩传递，不再需要传动键，消除了因传动键和键槽引起的动平衡问题。三棱圆锥的表面大，使刀柄表面压力低、不易变形、磨损小，因而精度保持性好。但三棱圆锥孔加工困难，加工成本高，与现有刀柄不兼容，配合会自锁。

BT，SK，是一种简单的，流行的主轴刀柄连接标准，主要有BT30，BT40，BT50，SK30。。。等。模具行业，及高速雕刻机，用到比较多，

HSK型性属于，后期的高速所需诞生的。HSK-E型，F型，都可以在三四万转的情况下，正常加工，为高精度的工件，提供了保障。日系标准，BIG的刀柄是比较好的，欧系的REGO-FIX AG比较好。

主要标准有BT、SK、CAPTO、BBT、HSK等几种规格的主轴型号。

BT，BBT，均为日本标准，现也是普遍使用的一种标准。

SK（DIN6987）德国标准

传统刀柄，有ER型，强力型，侧固型，平面铣刀型，钻夹头，莫氏锥柄

现代有液压刀柄，热胀刀柄，PG（冷压）型。

刀柄结构形式

数控机床刀具刀柄的结构形式分为整体式与模块式两种。整体式刀柄其装夹刀具的工作部分与它在机床上安装定位用的柄部是一体的。这种刀柄对机床与零件的变换适应能力较差。为适应零件与机床的变换，用户必须储备各种规格的刀柄，因此刀柄的利用率较低。模块式刀具系统是一种较先进的刀具系统，其每把刀柄都可通过各种系列化的模块组装而成。针对不同的加工零件和使用机床，采取不同的组装方案，可获得多种刀柄系列，从而提高刀柄的适应能力和利用率。

刀柄结构形式的选择应兼顾技术先进与经济合理：①对一些长期反复使用、不需要拼装的简单刀具以配备整体式刀柄为宜，使工具刚性好，价格便宜(如加工零件外轮廓用的立铣刀刀柄、弹簧夹头刀柄及钻夹头刀柄等)；②在加工孔径、孔深经常变化的多品种、小批量零件时，宜选用模块式刀柄，以取代大量整体式镗刀柄，降低加工成本；③对数控机床较多尤其是机床主轴端部、换刀机械手各不相同时，宜选用模块式刀柄。由于各机床所用的中间模块(接杆)和工作模块(装刀模块)都可通用，可大大减少设备投资，提高工具利用率。

刀柄规格

数控刀具刀柄多数采用7：24 圆锥工具刀柄，并采用相应型式的拉钉拉紧结构与机床主轴相配合。刀柄有各种规格，常用的有40 号、45 号和50 号。在我国应用较为广泛的有ISO7388-1983、GB10944-

1989、MAS403-1982、ANSI/ASME B5.50-1985 等，选择时应考虑刀柄规格与机床主轴、机械手相适应。

刀柄的规格数量

整体式的TSG 工具系统包括20 种刀柄，其规格数量多达数百种，用户可根据所加工的典型零件的数控加工工艺来选取刀柄的品种规格，既可满足加工要求又不致造成积压。考虑到数控机床工作的同时还有一定数量的刀柄处于预调或刀具修磨中，因此通常刀柄的配置数量是所需刀柄的2 ～ 3 倍。

刀具与刀柄的配套

关注刀柄与刀具的匹配，尤其是在选用攻螺纹刀柄时，要注意配用的丝锥传动方头尺寸。此外，数控机床上选用单刃镗孔刀具可避免退刀时划伤工件，但应注意刀尖相对于刀柄上键槽的位置方向：有的机床要求与键槽方位一致，而有的机床则要求与键槽方位垂直。

选用高效和复合刀柄

为提高加工效率，应尽可能选用高效率的刀具和刀柄。如粗镗孔可选用双刃镗刀刀柄，既可提高加工效率，又有利于减少切削振动；选用强力弹簧夹头不仅可以夹持直柄刀具，也可通过接杆夹持带孔刀具等。对于批量大、加工复杂的典型工件，应尽可能选用复合刀具。尽管复合刀具与刀柄价格较为昂贵，但在加工中心上采用复合刀具加工，可把多道工序合并成一道工序、由一把刀具完成，有利于减少加工时间和换刀次数，显著提高生产效率。对于一些特殊零件还可考虑采用专门设计的复合刀柄。