刀柄

目前主要標準有BT、SK、CAPTO、BBT、HSK等幾種規格的主軸型號。

BT，BBT，均為日本標準，現也是普遍使用的一種標準。

SK（DIN6987）德國標準。

傳統刀柄，有ER型，強力型，側固型，平面銑刀型，鑽夾頭，莫氏錐柄。

現代有液壓刀柄，熱脹刀柄，PG（冷壓）型。

BT，SK，是一種簡單的，流行的主軸刀柄連接標準，主要有BT30，BT40，BT50，SK30等。模具行業，及高速雕刻機，用到比較多。

HSK型性屬於，後期的高速所需誕生的。HSK-E型，F型，都可以在三四萬轉的情況下，正常加工，為高精度的工件，提供了保障。目前，日系標準，BIG的刀柄是比較好的，歐系的REGO-FIX AG比較好。

HSK工具系統是一種新型的高速短錐型刀柄，其介面採用錐面和端面同時定位的方式，刀柄為中空，錐體長度較短，錐度為1/10，有利於實現換刀輕型化和高速化。如圖1．2所示。由於採用空心錐體和端面定位，補償了高速加工時主軸孔與刀柄的徑向變形差異，並完全消除了軸向定位誤差，使高速、高精度加工成為可能。這種刀柄在高速加工中心上應用越來越普遍。

該刀柄的結構與HSK刀柄相似，也是採用了空心短錐結構，錐度為1/10，並且也是採用錐面和端面同時定位、夾緊工作方式。如圖1．3所示，主要區別在於使用的夾緊機構不同，KM的夾緊結構已申請了美國專利，它使用的夾緊力更大，系統的剛度更高。不過由於KM刀柄錐面上開有兩個對稱的圓弧凹槽(夾緊時應用)，所以相比之下顯得單薄，有些零件的強度較差，而且它需要非常大的夾緊力才能正常工作。另外，KM刀柄結構的專利保護限制了該系統的迅速推廣應用。

它也採用了空心短錐結構，錐度為1/10，並且也是採用錐面和端面同時定位、夾緊工作方式。由於扭矩是由NC5刀柄前端圓柱上的鍵槽傳遞的，刀柄尾部沒有傳遞扭矩的鍵槽，所以軸向尺寸比HSK刀柄短。它與前面兩種刀柄的最大區別在於刀柄沒有採用薄壁結構，刀柄錐面處增加了一個中間錐套。KM刀柄和HSK刀柄是通過薄壁的變形來補償刀柄和主軸製造誤差，保證錐面和端面同時可靠的接觸，而NC5刀柄是通過中間錐套的軸向移動達到這個目的。中間錐套的軸向移動動力來自刀柄端面上的碟形彈簧。由於中間錐套的誤差補償能力較強，因此NC5刀柄對主軸和刀柄本身的製造精度的要求可稍低些。另外，NC5刀柄內僅有一個安裝拉釘的螺釘孔，孔壁較厚，強度高，可採用增壓夾緊機構，滿足重切削的要求。這種刀柄的主要缺點是刀柄和主軸錐孔之間增加了一個接觸面，刀柄的定位精度和剛度有所下降。

圖1.5為Sandvik公司生產的CAPTO刀柄。這種刀柄的結構不是圓錐形，而是三棱圓錐，其棱為圓弧形，錐度為1/20，並且空心短錐結構，採用錐面與端面同時接觸定位。三棱圓錐結構可實現兩個方向都無滑動的轉矩傳遞，不再需要傳動鍵，消除了因傳動鍵和鍵槽引起的動平衡問題。三棱圓錐的表面大，使刀柄表面壓力低、不易變形、磨損小，因而精度保持性好。但三棱圓錐孔加工困難，加工成本高，與現有刀柄不兼容，配合會自鎖。

HSK刀柄採用短錐面和法蘭端面同時定位，刀柄為中空結構，短錐體錐度為1：10，刀柄與主軸之間通過膨脹式彈性夾頭鎖緊。HSK刀柄在工作過程中的失效形式主要有兩種：一是由於刀柄材料強度不足，在巨大離心負荷作用下發生破壞；二是由於高速旋轉降低動態夾緊力，使夾緊系統不能提供足夠的夾緊力以確保切削加工的順利進行。因此，對HSK刀柄臨界使用轉速的計算應該從材料強度和夾緊力兩方面進行分析。

半個多世紀以來，加工中心上一直採用7/24錐度的BT刀柄實現刀具與機床主軸的連接。標準的7/24錐面聯結有許多優點，如：可實現快速裝卸刀具；刀柄的錐體在拉杆軸向拉力的作用下，緊緊地與主軸的內錐面接觸，實心的錐體直接在主軸的錐孔內支撐刀具，可以減小刀具的懸伸量；只有一個尺寸需加工到很高的精度，所以成本較低而且可靠。然而，隨切削高速化的發展，刀具要在比以前高得多的轉速下進行切削加工，BT刀柄的連接性能就出現以下主要不足，圖2是高速加工時BT工具系統工作示意圖：

(1)主軸與刀柄不能實現與主軸端面和內錐面同時定位，導致連接剛度低，尤其是在高轉速下，由於離心為的作用，主軸錐孔大端擴張量大於小端擴張量，使得刀柄和主軸的接觸面積減少，工具系統的徑向剛度，定位精度下降。

(2)在高速旋轉下(特別是轉速超過8000rpm后)，在離心力作用下刀柄向外的擴張量與主軸孔的擴張量差異明顯，而且在孔口部位擴張量的差異要大於刀柄尾部，在拉杆的作用下，刀柄向後移動導致軸向位置發生變化，影響了加工精度和刀具穩定切削條件。並且主軸停車后，刀柄和主軸徑向彈性回復，容易使刀柄卡死在主軸中，很難拆卸。

(3)主軸的膨脹還會引起刀具及夾緊機構質心的偏離，從而影響主軸的動平衡。

(4)刀柄為實心長錐柄結構，因此質量大，在加工中心上應用時，換刀速度較慢，導致非加工時間較長。