大连志达精密工具有限公司

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刀柄
一、定义
中文名称：刀柄
英文名称：shank定
义：刀具上的夹持部分。
所属学科：机械工程（一级学科） ；刀具（二级学科）；刀具要素（三级学科）
二、作用
　机械主轴与刀具和其它附件工具连接的工具。
三、BT刀柄
　　常规数控机床通常采用7:24锥度实心长刀柄，目前共有五种规格且已实现标准化即NT（传统型）、DIN69893（德国标准）、IS07388/1（国际化标准）、ANSI，ASME（美国标准）和BT（日本标准）。其中BT（7:24锥度）刀柄结构简单，成本低以及使用便利而得以广泛应用。
　　BT刀柄与机床主轴连接时仅靠锥面定位，高速条件下因材料特性和尺寸差异造成主轴锥孔和配合的刀柄同时产生不均匀变形量，其中主轴锥孔的扩张量大于刀柄，导致刀柄和主轴的配合面产生锥孔间隙。7:24标准锥度长刀柄仅前段70%与主轴保持接触，而后段配合中存在微小间隙，从而导致刀具产生径向圆跳动，破坏了工具系统的动平衡。在拉紧机构作用下，BT刀柄沿轴向移动，削弱刀柄轴向定位精度，造成加工尺寸误差。大锥度还会限制自动换刀ATC（Automatic Tool Changing）过程高速化，降低重复定位精度和造成刀柄拆卸困难。
　　由于传统的机床/刀具连接的结构和功能缺陷，已不能满足高速加工的高精度、高效率及静、动刚度，动平衡性等要求。国外厂家和研究机构不断开发推出各种新型结构刀柄如德国HSK系列、美国KM系列、日本Big-Plus和Showa D-F-C系列等。
四、存在主要问题及对策
4.1 工具系统动平衡精度

　　高速切削条件下，工具系统微小的不平衡，都可能产生很大的离心力，引起机床和工具系统的急剧振动，导致加工工件表面质量恶化甚至损坏机床主轴等部件，故需要研究制定更高的动平衡标准。

　　可以考虑开发在线自动动平衡装置，使工具系统具有在线自动动平衡功能，保证装配后的工具系统动平衡。研制在线故障预警功能的工具系统，使其在安装或使用中出现故障时可报警，提高安全陛。刀柄结构设计尽量采用回旋对杨睦吉构，为动平衡提供理论条件。

　　4.2 刀柄和主轴锥孔的配合精度

　　高速情况下，由于锥面存在着过盈应力，导致锥面变形严重，使工具系统的可靠性下降。刀具与主轴的联结问题影响高速切削的可靠性及机床主轴的动平衡，已成为高速切削的薄弱环节之一。

　　传统刀柄和主轴锥孔的配合精度比较低，无法保证工具系统定位夹持精度和换刀重复定位精度。要加强对刀柄锥孔配合精度的研究，提高工具系统的可靠性。高速切削加工（HSM）不但要求刀具本身具有良好的刚性、柔性和动平衡性，同时对其与机床主轴连接的刚性和连接精度，及保持刀具的把持力和把持精度及其各方面都提出了严格的要求。较好的刀具与机床的连接性能不仅提高加工效率，而且能提高定位精度，从而提高加工质量。

　　4.3 工具系统刚度和刀柄的制造精度

　　工具系统刚度不足会导致刀具系统振动，常规工具系统刚度和精度无法满足高速加工的要求，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。高速加工的工具系统都采用过定位的接触装配方式，因此对接触配合工作表面加工精度要求很高。选用合适的材料，合理的制造工艺以及生产过程的质量监控，提高刀柄制造品质是高速加工工具系统研究中要解决的实际问题。

　　采用适合高速切削的刀柄，改变刀具和主轴锥孔的配合方式，在高速主轴设计中，目前对刀/轴联结研究较成功的设计主要有两种策略：—是改变7:24锥度标准采用替代型结构，如德国的HSK系列刀柄、美国的KM系列刀柄等。另一种是为降低成本，仍采用现有的7:24锥度而进行改进的刀柄结构。如美国的WSU系列刀柄，日本BIG-PLUS刀柄，3LOCK刀柄等，这种刀柄结构可改进现有结构主轴向高速化的过渡。