近10余年來，在機械加工領域以數控機床、加工中心、復合加工中心等組成的柔性生產線，已逐漸替代多軸多面加工的組合機床生產線。前者更適應市場競爭，其產品滿足了快速更新換代的需要，但高柔性與率之間存在一定的矛盾。

近10余年來，在機械加工領域以數控機床、加工中心、復合加工中心等組成的柔性生產線，已逐漸替代多軸多面加工的組合機床生產線。前者更適應市場競爭，其產品滿足了快速更新換代的需要，但高柔性與率之間存在一定的矛盾。目前柔性生產線的機床以單軸、順序加工為主，因此比多軸多面加工的組合機床的生產效率低。為了解決高柔性與率之間的矛盾，柔性生產線可采用以下方法：

（1）實現高速化、超高速化，在機床主軸速度加快的同時，進給速度也提高，使單位時間切削率接近并超過組合機床生產線的切削率。這種方法要求機床采用超高速電主軸，用直線電機替代長機械傳動鏈，同時使用恒溫、冷卻、防振等控制系統。
（2）實現更的工序集中。這種方法則要求加工中心多功能化，如新型復合加工中心根據需要，能夠進行銑、鉆、鏜、車、磨、齒輪加工甚至特種加工等工藝，因此應具有新型刀柄系統的高質量、可靠、迅速更換各類刀具的特點，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，節省了大量運輸、安裝、調整時間，全面提高了生產效率。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、纖維增強復合材料等輕質材料制作，另一方面可把過去由數十個甚至上百個零件通過鉚接焊接起來的組合零件合并成一個帶有大量薄壁和筋板的整體零件，由實心毛坯整體制造。整體制造如果采用以往數控加工工藝，工時長，效率很低，若采用高速、超高速并運用的工序集中方法來加工，就可大大提率、縮短工時。

HSK刀柄系統

加工中心等數控機床多年來一直采用7∶24的實心錐形刀柄，如JT、SK、BT、CAT等系統，實心錐柄因為只靠錐面結合，而顯得剛性不足，在一般低速回轉時問題不大，高速回轉時，外錐會因離心力張開，致使夾持松動，當主軸轉速超過10000r/min時，會比較危險而不宜使用。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開發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，如德國Komet的ABS系統，美國Kenament的KM系統，瑞士SwissBore的錐銷系統，日本NT公司用普通BT刀柄改造成中空結構的AHO系統等，但都具有一定的局限性。

近年來, HSK系統成為德國DIN標準，并進一步被定為ISO標準，由于它的*優點，結合各類刀具，按長軒、特殊構件組成的模塊系統極大地提高了加工的效率與質量。HSK系統，夾緊時由于錐面受壓產生彈性變形，刀柄向主軸錐孔軸向位移過程中消除了初始軸向間隙，達到了錐面和端面同時定位，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，反而增強了安裝剛性。這種定位的優點為：

·可適應高速回轉，當高速回轉時，錐孔由于離心力而擴張，錐軸由于彈性變形恢復，與錐孔保持精密接觸，并維持端面與錐面同時約束定位；
·重復定位精度高，可保證2μm；
·由于軸向徑向均定位，故安裝剛性高；
·拆卸簡單，由于有輔助分離機構，在刀具熱膨脹時也能方便卸下；
·冷卻系統完備，此系統有中心供油和端面供油2種方式可供選擇。

中空結構是HSK系統的重要特征，中空結構尚可使夾緊機構置于其中，夾緊機構強行使帶刀具的HSK錐柄拉進機床主軸前端HSK錐孔內，錐柄受壓，錐孔被脹 , 二者均受彈性變形，從而可使錐柄移動端面靠緊主軸錐孔端面，實現錐面與端平面二面定位夾緊。HSK 系統錐面的錐度是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。錐度小也使內外錐間產生較小的位移實現夾緊，這樣結構可做得短小緊湊，使換刀行程縮短、速度快。HSK系統錐面是過盈配合，夾緊松開過程中相互產生較大摩擦力，久用也會磨損，實際上1/10錐度是公稱值，按ISO標準具體規定 HSK刀柄錐度是1/9.98，主軸錐孔是1/10，這樣可適當減少摩擦力，從而改善磨損。HSK系統有A、B、C、D、E、F六種型號，35種規格，目前zui廣泛應用的是HSK-A 型。加工中心的主軸前端安裝刀柄，刀柄前端裝夾刀具，為了保持整個系統的良好剛性，一般必須使主軸剛性大于主軸與刀柄安裝處的結合剛性，此結合剛性應大于刀柄本體的剛性，刀柄本體剛性應大于刀柄夾持刀具的剛性，此夾持剛性應大于刀具自身剛性。HSK刀柄與常用BT刀柄相比（見表1）可知，HSK比BT刀柄結合力（剛性）高許多，這就意味HSK刀柄在高速加工時，可以抑制振動，這對提高刀具壽命與提高加工質量有很大的意義。結合力（剛性）提高了就意味著 HSK 刀柄懸伸長度可更長，零件深部也可加工，HSK刀柄懸伸長度比BT刀柄長1.42倍時仍能達到與BT刀柄同樣的剛性。另外，這里的結合力即結合強度表示外力必須大于它，才能使結合松動，構件產生位移與變形，即是一種剛性的體現。

3種HSK 刀柄應用

1 安裝立銑刀

面銑刀、鉆頭等回轉工具的HSK刀柄系統，以日本NT公司所制HSK刀柄系統為例。在HSK刀柄前可根據加工需要：用強力夾緊刀柄，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、鉆頭等回轉刀具；莫式錐柄型刀柄可夾持帶莫式錐度的各類刀具；側固式刀柄可夾持刀柄帶平面用側面螺釘夾緊的各類刀具；鉆夾頭刀柄可夾持較細的鉆頭；絲錐用夾頭帶有過載保護機構可用于攻絲；液壓夾頭、熱縮夾頭可用于高精度夾持。NT 有一種“R”zero 刀柄，刀柄內有調節機構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

為實現工序集中，提高加工效率，在模具加工中一些刀具廠商開發了用螺紋連接模塊化刀具的HSK刀柄，下面以三菱公司的產品為例來作說明。 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位刀片的，刀頭尺寸一般為φ16～φ40。裝上可轉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，轉位后可繼續加工。隨工件材料不同可更換不同材質的刀片，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，當某種型面一種刀頭不能加工時，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

三菱等公司開發了復合加工中心所需的各種車削刀具的HSK刀柄系統如圖2所示。這類套系統可分別用于外圓、端面、槽、螺紋、內圓鏜削的加工，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刀柄前作出刀架結構，可夾持1～3把車刀刀桿或鏜刀刀桿，以適應不同結構尺寸零件加工的需要。車削外徑與端面的直頭型刀柄已標準化，具有的接近性，可避免與工件干涉接近到內部加工面。復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刀柄標準基礎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出了ICTM標準。按照ICTM標準，在牌號后可加“-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，能更穩定地實現高精度加工。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、適應高速加工、快速更換刀頭等優點實現的。從而，使工序集中能更地實現，也使得柔性機床生產線在克服柔性與效率的矛盾的問題上大大向前跨進了一步。