刀柄系统

HSK 工具系统的结构及特点高速切削加工已成为现代机械制造技术的一个重要组成部分和发展方向。

目前，在国际机床工具系统市场上影响比较大的高速加工工具系统有：德国开发的HSK （德文Hohl Schaft Kegel 的缩写，也称空心短锥柄）工具系统；美国KENNAMETAL 公司开发的KM 工具系统；日本日研（NIKKEN ）公司开发的NC5工具系统等。

在众多的新型工具系统中，由德国开发的HSK 工具系统，整体技术最为成熟，应用范围也最为广泛。

其采用空心短锥结构和两面夹紧方式，在系统刚度、径向圆跳动精度、重复安装精度、夹紧可靠性等方面都具有优越性能，被视为21世纪最有前途的工具系统。

1、HSK 刀柄的结构类型在DIN69893标准中规定，HSK 工具系统共有6种型号（35个规格），如图1所示：A 型带中心内冷的自动换刀型D 型带端面内冷的 手动换刀型B 型带端面内冷的 自动换刀型E 型带中心内冷的 自动换刀高速型C 型 带中心内冷的 手动换刀型F 型 无中心内冷的 自动换刀高速型图1 HSK 工具系统6种型号的外观图（DIN69893标准）其中：这6种型号的HSK 刀柄主要的差别、各自结构及使用特点[1]，可参见图2和表1所示。

图2 HSK工具系统6种型号的结构示意图（DIN69893标准）位置、冷却液通道以及法兰盘的面积大小。

A/C/E和B/D/F型刀柄共同点是:锥柄锥度都是1/9.98。

特别指出：在GB/T 19449.1-2004/ISO 12164-1:2001标准中，规定了适用于机床（例如：车床、钻床、铣床和磨床）的带有法兰盘接触面的空心圆锥柄（HSK）的尺寸之外，只规定了两种柄部型式：A型为法兰上带有一个能自动换刀的环形槽，也可以手动换刀；C型为法兰上无环形槽，只能用于手动换刀；两种型式的手动夹进都是通过锥柄上的一个孔来进行的，扭矩的传递是通过锥柄尾端的键以及摩擦来完成的，其特点基本与DIN69893标准的相应规定类似。

金属切削加工已进入了一个以高速切削为代表的新的发展阶段，由于高速切削加工能极大地提高材料的切除率和零件的加工质量，降低加工成本，因而成为当今金属切削加工的发展方向之一。

高速切削刀具技术是高速切削加工的一个关键技术，它包括高速切削刀具材料、刀柄系统、刀具系统动平衡技术、刀具监测技术等。

一.高速切削加工对刀具系统的要求所谓刀具系统是指由刀柄、夹头和切削刀具所组成的完整的刀具体系，刀柄与机床主轴相连，切削刀具通过夹头装入刀柄之中。

要使刀具系统能在高速下进行切削加工，应满足以下基本条件：1.1较高的系统精度系统精度包括系统定位夹持精度和刀具重复定位精度，前者指刀具与刀柄、刀柄与机床主轴的连接精度；后者指每次换刀后刀具系统精度的一致性。

刀具系统具有较高的系统精度，才能保证高速加工条件下刀具系统应有的静态和动态稳定性。

1.2较高的系统刚度刀具系统的静、动刚度是影响加工精度及切削性能的重要因素。

刀具系统刚度不足会导致刀具系统振动，从而降低加工精度，并加剧刀具的磨损，降低刀具的使用寿命。

1.3较好的动平衡性高速切削加工条件下，微小质量的不平衡都会造成巨大的离心力，在加工过程中引起机床的急剧振动。

因此，高速刀具系统的动平衡非常重要。

二.数控铣削刀具系统标准数控镗铣类刀具系统采用的标准有国际标准（ ISO 7388 ）、德国标准（ DIN 69871 ）、美国标准（ ANSI/ASME B5.50 ）、日本标准（ MAS 403 ，其高速刀柄采用 HSK 标准）和中国标准（ GB10944-89 ）等。

由于标准繁多，我们在机床使用时务必注意，所具备的刀具系统的标准必须与所使用的机床相适应。

三.刀柄的选择数控铣床使用的刀具通过刀柄与主轴相连，刀柄通过拉钉和主轴内的拉刀装置固定在主轴上，由刀柄夹持传递速度、扭矩，如图4-5 所示。

刀柄的强度、刚性、耐磨性、制造精度以及夹紧力等对加工有直接的影响。

常见刀柄如下图:1.传统刀柄标准7/24锥联结目前，在数控铣床、数控镗床和加工中心上使用的传统刀柄是标准7:24锥度实心长刀柄。

4、刀柄系统
数控铣床（加工中心）用刀柄系统有三部分组成，即刀柄、拉钉和夹头（或中间模块）。

①数控铣刀通过刀柄与数控铣床（加工中心）主轴连接，其强度、刚性、耐磨
性、制造精度以及夹紧力等对加工有直接的影响。

加工中心常用刀柄类型及其使用场合
5、拉钉
加工中心拉钉（图1-1）的尺寸也已标准化，ISO或GB规定了A型和B型两种形式的拉钉，其中A型拉钉用于不带钢球的拉紧装置，而B型拉钉用于带钢球的拉紧装置。

刀柄及拉钉的具体尺寸可查阅有关标准的规定。

6、弹簧夹头及中间模块
弹簧夹头有两种，即ER弹簧夹头（图1-2a）和KM弹簧夹头（图1-2b）。

其中ER弹簧夹头的夹紧力较小，适用于切削力较小的场合；KM弹簧夹头的夹紧力较大，适用于强力铣削。

a)
b)
图1-1 拉钉图1-2 弹簧夹头
a）ER弹簧夹头 b）KM弹簧夹头
中间模块（图1-3）是刀柄和道具之间的中间联接装置，通过中间模块的使用，提高了刀柄的通用性能。

例如，镗刀、丝锥与刀柄的联接就经常使用中间模块。

a） b） c）
图1-3 中间模块
a）精镗刀中间模块 b）攻螺纹夹套 c）钻夹头接柄。

大家都想知道多一些关于HSK数控刀柄吧，那么我们下面一起来简单的了解一下HSK数控刀柄。

高速切削是一个相对概念，并且随着时代的进步而不断变化。

一般认为高速切削或超高速切削的速度为普通切削加工的5～10倍。

可以从不同的角度对切削速度进行划分。

随着切削速度的提高，切削力会降低15～30%以上，切削热量大多被切屑带走，加工表面质量可提高1～2级，生产效率的提高，可降低制造成本20%～40%。

所以高速切削意义不仅仅是得到较高的表面切削质量。

图 1为刀柄、主轴连接示意图，刀柄与主轴的连接采用膨胀式夹紧机构，拉杆在拉紧力作用下向右移动，带动夹爪张开，夹爪外锥面顶在HSK刀柄孔的30。

锥面上，空心短锥柄产生弹性变形，使刀柄端面与主轴端面贴紧，从而实现刀柄和主轴锥面、端面的双面定位夹紧。

图 1 HSK 刀柄、主轴连接示意图HSK 刀柄与主轴连接夹紧后，在配合锥面之间产生接触应力，接触应力由刀柄、主轴之间的实际过盈量和刀柄受到的实际夹紧力决定，而实际过盈量和实际夹紧力又与主轴转速有密切的关系。

下面建立在任一转速下，刀柄和主轴连接锥面的接触应力模型。

接触应力P等于实际过盈量在连接锥面产生的应力P1 和实际夹紧力在连接锥面产生的接触应力p2之和，即p=p1+p2国外对高速切削技术的研究比较早，可以追溯到20世纪60年代。

目前已应用于航空、航天、汽车、模具等多种工业中的钢、铸铁及其合金、铝、镁合金、超级合金(镍基、铬基、铁基和钛基合金)及碳素纤维增强塑料等复合材料的加工，其中以加工铸铁和铝合金最为普遍。

加工钢和铸铁及其合金可达到500～1500m/min，加工铝及其合金可达到3000～4000m/min。

我国在高速切削领域方面的研究起步较晚，20世纪80年代才开始研究高速硬切削。

刀具以高速钢、硬质合金为主，切削速度大多在100～200m/min，高速钢在40m/min以内。

切削水平和加工效率都比较低。

近年来，虽然对高速切削技术已有比较深的认识，进口的部分数控机床和加工中心中也能达到高速切削加工的要求，但由于刀具等原因，高速切削技术应用也较少。

金属切削刀具基本知识 Last updated on the afternoon of January 3, 2021秦皇岛技师学院机械安装与维修系金属切削刀具基本知识郝赫（编）金属切削刀具基本知识1 金属切削的基本要素机械制造过程概述机器是由零件、组件、部件等组成的，一台机器的制造过程包含了从零件、部件加工到整机装配的全过程，这一过程可以用图1所示的系统图来表示。

首先，从图中可以看出机器中的组成单元是一个个的零件，它们都是由毛坯经过相应的机械加工工艺过程变为合格零件的，在这一过程中要根据零件的设计信息制订每一个零件的适当加工方法，加工成在形状、尺寸、表面质量等各方面都符合加工使用要求的合格零件。

其次，要根据机器的结构和技术要求，把某些零件装配成部件，部件是由若干组件、套件和零件在一个基准零件上装配而成的，部件在整个机器中能完成一定的、完整的功能，这种把零件和组件、套件装配成部件的过程称为部装过程。

部装过程是依据部件装配工艺，应用相应的装配工具和技术完成的，部件装配的质量直接影响整个机器的性能和质量。

最后，在一个基准零部件上把各个部件、零件装配成一个完整的机器，我们把零件和部件装配成最终机械产品的过程称为总装过程，总装过程是依据总装工艺文件进行的，在产品总装后，还要经过检测、试车、喷漆、包装等一系列辅助过程最终形成合格的产品，如一辆汽车就是经过这样的机械制造过程而生产出来的。

图1 机械制造过程的构成机械加工工艺系统从机械制造的整个过程来看，机器的最基本组成单元为零件，也就是首先要制造出合格的零件，然后组装成部件，再由零、部件装配成机器，因此，制造出符合要求的各种零件是机械加工的主要目的，而机械加工中绝大部分材料是金属材料，故机械加工主要是对各种金属进行切削加工。

零件的表面通常是几种简单表面如平面、圆柱面、圆锥面、球面、成形表面等的组合，而零件的表面是通过各种切削加工方法得到的，其中在金属切削机床上利用工件和刀具彼此间协调的相对运动切除被加工零件多余的材料，获得在形状、尺寸和表面质量都符合要求的这种加工方法称为金属切削加工。

1 数控机床常用刀柄的分类与普通加工方法相比，数控加工对刀具的刚度、精度、耐用度及动平衡性能等方面要求更为严格。

刀具的选择要注重工件的结构与工艺性分析，结合数控机床的加工能力、工件材料及工序内容等因素综合考虑。

数控加工常用刀柄主要分为钻孔刀具刀柄、镗孔刀具刀柄、铣刀类刀柄、螺纹刀具刀柄和直柄刀具类刀柄(立铣刀刀柄和弹簧夹头刀柄)。

2 数控机床常用刀柄的选择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。

目前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。

hsk刀柄与机床安装方法HSK刀柄是一种刀具系统，在机床上被广泛应用。

它的安装方法对于机床的正常运行和加工质量至关重要。

本文将介绍HSK刀柄与机床的安装方法。

一、HSK刀柄简介HSK刀柄是德国标准化协会（DIN）开发的一种刀柄系统。

它采用锥形结构，具有良好的刚性和重复定位精度。

HSK刀柄的主要部分包括锥形面、接口面、刚性接触面和固定螺纹孔。

它适用于高速切削和重切削加工。

二、HSK刀柄的安装方法1. 清洁和检查机床孔在安装HSK刀柄之前，首先需要清洁和检查机床的刀柄孔。

确保孔口干净无油污，无划伤和变形等缺陷。

如果发现问题，应及时修复。

2. 安装刀柄将HSK刀柄轻轻插入机床孔中，确保插入深度符合要求。

然后使用专用的扳手或扳手夹紧螺母，将刀柄固定在机床上。

注意，螺母应均匀拧紧，以确保刀柄的稳定性。

3. 检查安装质量安装完成后，需要对安装质量进行检查。

首先检查刀柄是否牢固，无松动现象。

然后使用测量工具检查刀柄的位置精度和重复定位精度。

如发现问题，应及时调整和修复。

4. 刀柄的更换和拆卸在使用过程中，可能需要更换或拆卸刀柄。

此时，应先松开螺母，然后将刀柄从机床孔中取出。

在更换或拆卸过程中，注意安全，避免刀柄和机床的损坏。

三、HSK刀柄与机床安装的注意事项1. 安装前应检查刀柄和机床孔口的协调尺寸。

如果存在过紧或过松的情况，都会影响刀柄的安装效果和加工质量。

2. 安装时应注意刀柄的方向和位置。

确保刀柄与机床孔的锥形面和接触面完全贴合，提高刚性和精度。

3. 安装过程中要轻拿轻放，避免刀柄和机床的碰撞和损坏。

4. 定期检查和维护刀柄的安装情况。

如发现异常，应及时处理，避免影响加工质量和安全性。

四、总结HSK刀柄与机床的正确安装方法对于加工质量和机床的正常运行至关重要。

通过清洁和检查机床孔口，正确安装刀柄，并进行安装质量的检查，可以确保HSK刀柄的稳定性和精度。

同时，注意安装过程中的细节和注意事项，可以提高刀柄的使用寿命和安全性。

引言高速切削加工作为制造业中最为重要的一项先进制造技术，已经越来越受到人们的关注．随着高速切削加工的应用范围扩大，高速切削在制造领域的应用主要是加工复杂曲面，其中高速铣削（也称为硬铣削，可以把复杂形面加工得非常光滑。

加工表面粗糙度值很小、浅腔大曲率半径的零件完全可用高速铣削来代替电加工；对深腔小曲率半径的零件可用高速铣削加工作为粗加工和半精加工，而电加工只作为精加工。

这样可大大节约电火花和抛光的时间以及有关材料的消耗，这对保护环境的贡献是不言而喻的。

同时，极大地缩短了加工周期，提高了加工效率，降低了加工成本。

1 高速切削加工技术1.1 高速切削技术概述[2]1931年4月德国物理学家Carl.J.Saloman最早提出了高速切削（High Speed Cutting）的理论，并于同年申请了专利。

他指出：在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值之后，切削温度不但不会升高反而会降低，且该切削速度VC与工件材料的种类有关。

对于每一种工件材料都存在一个速度范围，在该速度范围内，由于切削温度过高，刀具材料无法承受，切削加工不可能进行。

要是能越过这个速度范围，高速切削将成为可能，从而大幅度地提高生产效率。

由于实验条件的限制，当时高速切削无法付诸实践，但这个思想给后人一个非常重要的启示。

高速加工技术经历了理论探索，应用探索，初步应用和较成熟应用等四个阶段，现已在生产中得到了一定的推广。

特别是20世纪80年代以来，航空工业和模具工业的需求大大推动了高速加工的应用。

飞机零件中有大量的薄壁零件，如翼肋、长桁、框等，它们有很薄的壁和筋，加工中金属切除率很高，容易产生切削变形，加工比较困难；另外，飞机制造厂方也迫切要求提高零件的加工效率，从而缩短飞机的交付时间。

在模具工业和汽车工业中，模具制造是一个关键，缩短模具交货周期，提高模具制造质量，也是人们长期努力的目标。

高速切削无疑是解决这些问题的一条重要途径。