刀柄是提高加工效率的重要纽带

精密的机床和先进的切削刀具共同提供了出色的金属切削生产率。然而，切削刀具和机床主轴（刀架）之间的联系对于完全实现这种生产力至关重要。刀具制造商提供多种刀柄款式，每种款式都经过精心设计，可在某些加工应用中实现最佳性能。因此，加工车间应根据其特定操作以及其生产的零件来选择刀柄。然而，虽然车间寻求获得最先进的机器技术和切削刀具材料，但他们通常不太重视选择、应用和维护最适合其特定生产需求的刀柄。

并非所有持有者都是平等的

没有一种工具夹持方法适用于所有可能的应用。设计用于执行高速精加工操作的刀柄通常缺乏有效进行例如粗加工粗铸件所需的刚度和强度。相反，用于粗加工的刀柄通常缺乏平衡质量，无法使其在精加工操作中高速平稳运行。此外，粗加工刀柄的坚固设计和体积可能会限制其对精细或深部零件特征的访问。坚硬的工件材料需要具有更高强度和刚度的刀柄。刀柄抑制振动和输送冷却液的能力也是重要的选择标准。

使用不合适的刀柄会导致尺寸误差和零件报废以及机床主轴过度磨损、刀具寿命缩短和刀具破损增加。在非关键工作中，物有所值的刀柄可能会产生令人满意的结果。但是在要求可重复精度的操作中——尤其是在报废昂贵的工件会降低零件利润率时——对以应用为中心的高质量刀柄的投资为此类意外损失提供了低成本保险。

对于一些车间经理来说，在一系列应用中使用长版本的刀柄是一种有效的成本节约策略。但是，始终使用尽可能短的刀柄可以最大限度地提高刚性、最大限度地减少表面退化振动并延长刀具寿命。

刀柄占总生产成本的比例不到 2%。即使将成本削减一半，节省的成本也可以忽略不计，而报废的工件或损坏的工具会产生可衡量的财务影响。优质刀具和刀柄可以提高金属切削生产率，从而立即获得刀具投资回报。特别是在航空零部件制造等加工过程的稳定性至关重要的行业中，许多制造商首先将重点放在获取优质工具上，以避免生产有缺陷的零件并在故障排除活动和停产中浪费时间。航空航天制造商通常需要较长时间来验证新的支架概念，然后再进行生产认证。

工件因素影响刀柄选择

影响刀架选择的因素包括每个工作中工件材料的可加工性以及最终零件的配置，这可能决定达到某些轮廓和/或特征所需的刀架尺寸。然而，刀柄应尽可能简单易用，以尽量减少操作员失误的可能性。

无论应用哪种刀柄技术，机床的刚性、主轴功率和产生严格公差的能力都将决定哪些操作是可行的。例如，试图在磨损的机器上产生微米级公差是浪费时间。

机床的基本元件起着关键作用——带有直线导轨的快速机床将充分利用专为高速应用而设计的刀柄，而带有箱形导轨的机床则为重型加工提供支持。多任务机床将充分发挥刀柄的功能，既可以完成车削，也可以完成铣削/钻孔操作。

使用中的加工策略也将指导刀柄的选择。例如，在涉及较浅切削深度的高速切削 (HSC) 操作中，或在专注于在功率充足但速度能力有限的机器上产生高金属去除率的高性能切削 (HPC) 情况下，车间可以选择刀具以最大限度地提高生产率.

低、可重复的跳动有助于确保持续的刀具接合，从而减少振动并最大限度地延长刀具寿命。平衡至关重要，高质量的刀柄应在 G2,5-25000 RPM 质量 (1 g.mm) 下进行精细平衡。加工车间可以进行自己的研究并咨询他们的工具供应商，以确定能够经济高效地满足其生产需求的一个或多个工具夹持系统。

每个持有者都有其利基

无论是简单的焊接式、夹头式、热缩式、机械式还是液压式，刀柄也应与特定的操作要求相匹配。例如，用于 Weldon 柄工具的简单立铣刀刀柄刚性好，易于使用，可以传递高扭矩，并提供安全和强力的夹紧和强大的抗拔出作用。它们非常适合重型粗加工，但缺乏精确的同心度。一般来说，它们本质上是不平衡的，不能有效地应用于使用高转速的应用。

筒夹夹头和可互换筒夹是最常见的圆刀夹持技术形式。具有成本效益的 ER 样式有多种尺寸可供选择，并为可靠的轻型铣削和钻孔操作提供足够的抓地力。高精度 ER 夹头刀柄具有低跳动（刀尖 <5μm）和对称设计，可在高速操作中保持平衡，加强型可用于重载加工。 ER 刀柄便于快速更换，可适应多种刀具直径。

热缩配合刀柄提供强大的夹持力、3xD 处的 3 μm 同心度和出色的平衡质量。它们小巧、简单的机头配置可以很好地访问紧凑的零件特征。

加强型可以执行中等到重型铣削，但夹持力取决于刀柄和刀柄的内径公差。热缩工具需要购买特殊的加热装置，加热/冷却过程比简单地切换夹头需要更多的设置时间。

机械铣刀夹头通过多排滚针轴承提供强大的夹持力和高径向刚度。该设计可实现重型铣削和快速换刀，但跳动可能大于夹头系统。机械夹头的尺寸通常比其他类型的刀柄大，这可能会限制刀具对某些零件特征的访问。

使用油压产生夹紧力的液压卡盘比机械卡盘具有更少的内部元件，因此具有相对更薄的外形。液压卡盘具有跳动低的特点，适用于高主轴转速下的铰孔、钻孔和轻铣，但对重径向载荷很敏感。

与夹持器如何固定切削工具一样重要的是它如何安装到机床主轴上。刀架的主轴或锥端决定了扭矩传递能力并确定了刀具对中精度。传统的 BT、DIN 和 CAT 刀具锥度在较小的机器上很有效，但在高速能力方面可能会受到限制。在刀柄锥面和端面都提供接触的版本提供了更高的刚度和精度，尤其是在长悬伸情况下。需要更大的锥度尺寸才能可靠地传递更大的扭矩。例如，HSK-E32 刀柄无法在重型加工情况下替代 HSK-A125A。

刀柄锥度样式的选择通常由地区偏好决定。 HSK 于 1990 年代中期出现在德国，当时 5 轴机器越来越受欢迎。 CAT 锥度主要在美国，而在亚洲，BT 刀柄很受欢迎，通常采用锥度/面接触版本。

HSK 在 5 轴加工中非常常见。 PSC（多边形夹紧系统：Capto）和 KM 连接主要用于多任务机床，现在已成为 ISO 标准。 KM 和 Capto 也是模块化系统，允许通过堆叠扩展或减速器组装不同长度的特定工具。随着多任务机床使用量的增加，可以在一个夹具中车削、铣削或钻孔零件的刀柄样式越来越受欢迎。

虽然有专有的刀柄系统以创新的方式使用独特的刀柄和夹头来获得令人印象深刻的结果，但车间必须计算它们的收益。这些系统通常涉及更高的成本和来自单一供应商的有限工具选择。

成本和其他考虑

虽然液压或机械型刀柄的基本成本高于筒夹或热缩配合刀柄，但还涉及其他因素，例如热缩配合加热系统的费用，以及更换工具所需的时间。与通过在筒夹卡盘支架系统中简单地切换筒夹来适应不同直径相比，还需要有一个热缩配合夹头来适应每种刀具直径。

机器操作员和刀具维护人员在刀柄的成功应用中也发挥着重要作用。与机床和其他制造设备一样，刀柄需要正确使用和维护，以最大限度地发挥其优势并充分发挥其潜力。例如，操作员必须将刀柄插入刀柄的全长，因为不正确的就位会导致精度破坏，振动甚至弹出工具。遵循工具组装规范至关重要。操作人员在拧紧夹头时不应使用延长手柄施加过大的扭矩，否则会扭曲夹头并导致工具错位。

工具维护也很重要，但经常被忽略。操作人员在使用前应始终清洁刀柄并检查机床主轴。刀柄应存放在清洁干燥的地方，并用盖子保护工具锥度。应定期检查液压卡盘的流体压力。

结论

机加工车间需要认识到刀柄在加工系统中的重要性，并了解如何将正确的刀柄与其特定的机床、加工策略和工件正确匹配，从而提高生产率并降低成本。与此同时，刀柄制造商正在提供更全面的刀柄选择（见侧边栏） 专为满足个人运营需求而设计。

未来的改进超出了支架硬件本身。使用软件和 RFID 标签的工具管理是基于数据的制造的一个元素，并且正变得越来越普遍。刀柄技术的进步包括配备传感器的刀柄，可以实时监测刀柄上的力。收集到的数据可以由操作员在加工过程中调整参数，甚至可以通过与机器控制单元链接的人工智能 (AI) 自动调整。这些和其他新技术将进一步加强刀柄在加工操作中的生产贡献。