工具系统的选择是数控机床配置中的重要内容之一，因為(wèi)工具系统不仅影响数控机床的生产效率，而且直接影响零件的加工质量。根据数控机床(或加工中心、雕刻机)的性能(néng)与数控加工工艺的特点优化刀(dāo)具与刀(dāo)柄系统，可(kě)以取得事半功倍的效果。

1 数控机床常用(yòng)刀(dāo)柄的分(fēn)类

与普通加工方法相比，数控加工对刀(dāo)具的刚度、精度、耐用(yòng)度及动平衡性能(néng)等方面要求更為(wèi)严格。刀(dāo)具的选择要注重工件的结构与工艺性分(fēn)析，结合数控机床的加工能(néng)力、工件材料及工序内容等因素综合考虑。

数控加工常用(yòng)刀(dāo)柄主要分(fēn)為(wèi)钻孔刀(dāo)具刀(dāo)柄、镗孔刀(dāo)具刀(dāo)柄、铣刀(dāo)类刀(dāo)柄、螺纹刀(dāo)具刀(dāo)柄和直柄刀(dāo)具类刀(dāo)柄(立铣刀(dāo)刀(dāo)柄和弹簧夹头刀(dāo)柄)。

2 数控机床常用(yòng)刀(dāo)柄的选择

A：刀(dāo)柄结构形式

数控机床刀(dāo)具刀(dāo)柄的结构形式分(fēn)為(wèi)整體(tǐ)式与模块式两种；整體(tǐ)式刀(dāo)柄其装夹刀(dāo)具的工作部分(fēn)与它在机床上安装定位用(yòng)的柄部是一體(tǐ)的，这种刀(dāo)柄对机床与零件的变换适应能(néng)力较差，為(wèi)适应零件与机床的变换，用(yòng)户必须储备各种规格的刀(dāo)柄，因此刀(dāo)柄的利用(yòng)率较低。模块式刀(dāo)具系统是一种较先进的刀(dāo)具系统，其每把刀(dāo)柄都可(kě)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(yòng)机床，采取不同的组装方案，可(kě)获得多(duō)种刀(dāo)柄系列，从而提高刀(dāo)柄的适应能(néng)力和利用(yòng)率。

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

B：刀(dāo)柄规格

数控刀(dāo)具刀(dāo)柄多(duō)数采用(yòng)7：24 圆锥工具刀(dāo)柄，并采用(yòng)相应型式的拉钉拉紧结构与机床主轴相配合。刀(dāo)柄有(yǒu)各种规格，常用(yòng)的有(yǒu)40 号、45 号和50 号。目前在我國(guó)应用(yòng)较為(wèi)广泛的有(yǒu)ISO7388-1983、GB10944-1989、MAS403-1982、ANSI/ASME B5.50-1985 等，选择时应考虑刀(dāo)柄规格与机床主轴、机械手相适应。

C：刀(dāo)柄的规格数量

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

D：刀(dāo)具与刀(dāo)柄的配套

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

E：选用(yòng)高效和复合刀(dāo)柄

為(wèi)提高加工效率，应尽可(kě)能(néng)选用(yòng)高效率的刀(dāo)具和刀(dāo)柄。如粗镗孔可(kě)选用(yòng)双刃镗刀(dāo)刀(dāo)柄，既可(kě)提高加工效率，又(yòu)有(yǒu)利于减少切削振动；选用(yòng)强力弹簧夹头不仅可(kě)以夹持直柄刀(dāo)具，也可(kě)通过接杆夹持带孔刀(dāo)具等。对于批量大、加工复杂的典型工件，应尽可(kě)能(néng)选用(yòng)复合刀(dāo)具。尽管复合刀(dāo)具与刀(dāo)柄价格较為(wèi)昂贵，但在加工中心上采用(yòng)复合刀(dāo)具加工，可(kě)把多(duō)道工序合并成一道工序、由一把刀(dāo)具完成，有(yǒu)利于减少加工时间和换刀(dāo)次数，显著提高生产效率。对于一些特殊零件还可(kě)考虑采用(yòng)专门设计的复合刀(dāo)柄。

F：强化工具系统管理(lǐ)工作

随着数控机床数量增加，刀(dāo)柄的数量会急剧增多(duō)。一套拥有(yǒu)5～8台数控机床的柔性制造系统，刀(dāo)柄数量可(kě)达1000把以上。如何使这些刀(dāo)具得到合理(lǐ)有(yǒu)效的利用(yòng)，是刀(dāo)具管理(lǐ)的重点工作。其内容包括：刀(dāo)柄采購(gòu)或补充计划的提出；刀(dāo)具数据的预调；刀(dāo)具的调度与保管；刀(dāo)具寿命情况判断与控制等。

3 数控机床刀(dāo)柄的发展

A：特殊功能(néng)的刀(dāo)柄

近年来，加工中心上出现了一些特殊功能(néng)的刀(dāo)柄，主要有(yǒu)以下类型。

增速刀(dāo)柄(增速头)：能(néng)实现自动换刀(dāo)。如日本NIKKEN 公司的NXSE 增速头，在机床主轴速度為(wèi)4000r/min 时，刀(dāo)具可(kě)在0.8s 内转速达到20000r/min。

多(duō)轴刀(dāo)柄：它能(néng)同时加工多(duō)个孔，相当于多(duō)轴加工头。多(duō)轴与增速刀(dāo)柄组合使用(yòng)可(kě)构成双功能(néng)的多(duō)轴增速刀(dāo)柄。

内冷却刀(dāo)柄：该刀(dāo)柄与芯部开有(yǒu)冷却液通道的麻花(huā)钻或深孔钻配合使用(yòng)，利用(yòng)特殊的供油系统，将高压切削液喷注到切削部位，实现良好的冷却与润滑，并排除切屑。

转角刀(dāo)柄：这种刀(dāo)柄的头部可(kě)作30º、45º、60º、90º等角度旋转，具有(yǒu)五面加工功能(néng)。安装在立式加工中心上，可(kě)使立式加工中心具有(yǒu)卧式加工中心的功能(néng)，可(kě)用(yòng)于深型腔的底部清角作业。

B：新(xīn)型高速切削刀(dāo)柄

随着数控机床高精度高速切削技术的发展，适应高速切削的刀(dāo)柄系统好得到研制与开发。如德國(guó)OTT 公司的HSK 刀(dāo)柄和美國(guó)Kenamental 公司的KM刀(dāo)柄等，其轴向定位精度可(kě)达0 .001mm，且在高速旋转下，刀(dāo)夹锁紧更為(wèi)牢固，径向跳动不超过5μm。HSK 刀(dāo)柄是一种典型的1:10 短锥面、锥柄和主轴端面同时接触的双定位型空心刀(dāo)柄，其主要特点為(wèi)：

采用(yòng)锥面、端面过定位的结合形式，能(néng)有(yǒu)效地提高工具系统的连接刚度，且重复定位精度高；

采用(yòng)空心结构和缩短锥部長(cháng)度，刀(dāo)柄质量较轻，可(kě)缩短换刀(dāo)移动距离，加快换刀(dāo)速度，有(yǒu)利于实现高速自动换刀(dāo)；

采用(yòng)1:10 锥度，锥柄较短，楔形效果好，有(yǒu)较强的抗扭能(néng)力，且能(néng)抑制因振动而产生的微量移位；

刀(dāo)柄与主轴间由扩张爪锁紧，转速越高，扩张爪的离心力(扩张力)越大，锁紧力越大，具有(yǒu)良好的高速性能(néng)。

為(wèi)提高刀(dāo)具系统在高速状态下的动平衡精度，可(kě)在刀(dāo)柄上安装自动校正动平衡装置。