工具系统是刀具与机床（主轴或转塔）之间的重要连接环节。工具接口应具有高的轴向和径向精度，高的刚性和承载能力，以及具有高转速性能和快速换刀性能，这些性能对于机床的加工精度和生产效率有很大的影响。此外，工具接口的通用性和柔性也是十分重要的性能指标，工具接口应既能应用于固定刀具又能用于回转刀具，并能以一个基本刀柄来安装各种不同的刀夹，以适应不同的加工任务。
随着多功能机床，特别是车铣中心的快速发展和广泛应用，工具接口的统一和标准化就具有特别重要的意义。当今，最流行的工具系统是HSK系统、山特维克可乐满公司的Capto系统以及肯纳公司的KM工具系统。而HSK-T（T-Turning，车削）、Capto和KM这三种工具系统已在2008年年底正式批准成为国际标准，这为三种工具系统的推广应用创造了较好条件。
车铣中心的广泛应用推动制订HSK-T标准
HSK空心锥柄作为刀具和机床主轴间的接口，由于其采用了锥面（径向）和止靠端面（轴向）的双向定位和夹紧，从而显著提高了刀柄的定位精度和刚性，自1992年以来，特别自1996年和2001年相继成为DIN和ISO标准以来，这种高效和高精度的工具接口在数控铣床、加工中心和组合机床及其自动线等加工设备上获得了广泛应用。但由于HSK刀柄的定位键槽和主轴的驱动键之间存在较大的间隙，因此，这种刀柄只能应用于旋转刀具（如铣刀、铰刀和钻头等），而不能用于固定刀具。因为较大的配合间隙会给诸如车刀、螺纹车刀和镗刀等固定刀具在相对于工件中心轴线的刀刃高度（位置）上造成较大的偏差，加工时造成零件直径误差。 
图1.驱动键和定位槽之间的间隙对车刀会造成加工误差。
（资料来源：蔡坤龙、陈勇达. 车铣复合工具机刀具主轴发展现况）
近年来，随着工艺集成技术的发展，工件可以在一台多功能机床上通过一次装夹实现综合加工，从而有利于改善工件的加工精度、提高生产效率和降低单件成本。这促使像车铣中心这样的多功能机床应用日益增多。由于在车铣中心上使用的刀具，既有铣刀这类的旋转刀具，又有车刀那样的固定刀具。这就难于用HSK来统一车铣中心的工具接口。针对这种情况，由日本的几家著名企业率先组成了一个临时性的联合组织—车铣机床接口委员会（ICTM），这个委员会根据ISO 12164-1（2001年）/DIN 69893-1，DIN 69063-1（1996年）HSK标准，推动制订了一个HSK-T的 ISO试行标准：ISO/CD 12164-3/4，当时，这是一个开放性的国际通用的工具接口标准，这个试行标准通常又称为HSK-T标准或ICTM标准。在2008年11月试行标准正式成为国际标准ISO 12164-3/4。
HSK-T标准与HSK标准的不同之处是前者缩小了主轴驱动键和刀柄定位槽的制造公差，从而大大减小了驱动键和定位槽之间的配合间隙。如以HSK-A63和HSK-T63规格的刀柄为例，其可能产生的最大配合间隙，由前者的0.33mm减小到后者的0.075mm。也就是把HSK-A63最大0.561。的角度偏转误差降低到KSK-T63的0.184。由此大大减小了车刀在转塔刀架上安装时的角度偏转误差，从而显著提高了固定刀具的切削刀刃相对于工件中心高度上的位置精度。由于刀刃位置精度的提高，也就免去了刀具安装时的调整工作。这无疑为HSK-T刀柄用来作为固定刀具的工具接口创造了条件。
HSK-T刀柄在配备有转塔刀架的车床和车铣中心上的应用，使这两种机床（主轴和转塔）上的刀具可采用相同的工具接口，并进而使企业其它的加工中心也都可以采用这样的工具系统。从而可以大大减少企业在工具接口和管理方面的投资。
综上所述，HSK-T工具接口的重要优点有：
◆较小的刀柄偏转误差，高的换刀精度和重复精度
◆高的刚
◆具有高速切削性能
◆制造简单
◆高的柔性和通用性
目前，已有像Mapal、三菱、Wohlhaupter和Iscar等许多刀具制造厂商可提供HSK-T刀柄。
图2.HSK-A63和HSK-T63两种刀柄标准的驱动键和定位槽的公差比较。
（资料来源：Mapal公司）
适用于HSK-T刀柄的刀夹
为在配备有转塔刀架的车床和车铣中心上应用这种刀柄，开发相应的工具夹紧装置是重要的前提。Mapal精密刀具公司在这方面进行了大量的开发工作，前两年为HSK-T刀柄开发了四种刀夹产品。这些刀夹通过作为安装HSK-T刀柄适配器的安装法兰（有1:10的内锥孔）与不同结构型式的夹头组成不同特点的刀夹，以供不同要求和场合的使用。
这四种刀夹的结构特点及其功能如下：
◆安装法兰与前紧式夹头构成的刀夹
粗实的夹爪以较短的力传递途径实现应力锁紧连接，产生极高的刚性。拉紧力能始终保持不变，并大大高于标准拉紧力。借助于一个叉形操作板手作65。的回转，碰靠在挡块上来实现换刀，这种刀夹结构尺寸较短。
◆安装法兰与偏心传动夹头构成的刀夹
粗实的夹爪实现了极高的刚性，以较短的力传递途径实现了应力锁紧连接。这种刀夹的拉紧力可高于标准值的两倍多。通过一个内六角板手作50。的回转来实现换刀。这种刀夹结构尺寸特别细长。
◆安装法兰与自动夹头构成的刀夹
这种刀夹即使在液压低于50巴的压力时，拉紧力也可达到高于标准值的两倍。一个液油缸直接安置在HSK安装法兰的后部。通过按下按钮轻便地实现换刀。
◆安装法兰与轴向移动式夹头构成的刀夹
这种刀夹特别适合于作为圆柱柄式刀夹来使用，使用时可插装在转塔刀架的刀座孔中。从刀夹的轴向后端通过转动夹紧螺杆来实现刀夹的松开和换刀。其拉紧力远远高于标准值，而转矩较小。由于夹紧环是作轴向的夹紧移动，所以这种采用轴向移动式夹头的刀夹磨损较小。
为防止没有被夹紧的HSK刀柄从刀夹中脱落，在这些刀夹上可安置一个防止刀柄脱落的保险销，可作为选项供用户选用。
图3.由于采用HSK-T工具接口，使车铣中心和加工中心实现刀具的通用。
（资料来源：Mapal公司）
鉴于车铣中心应用的日益增多，统一工具接口已成为用户的迫切要求。于是在2008年的年中，在欧洲，由包括刀具、转塔和机床制造的30家著名企业成立了一个HSK-T接口工作委员会，目标是确立HSK-T工具统一的结构类型、规格、质量标准和质量标记，以及HSK-T接口在车床刀塔上的集成，特别是动力刀具的集成。旨在对HSK-T进行进一步开发，以便在生产中能充分利用HSK工具接口的优点。
HSK-T接口在车铣中心上的应用表明，这种接口可实现比VDI工具柄更快的换刀，可减少80%的换刀时间，由于换刀精度高, 刀具在机床上一般无需再进行调整。此外，由于这种工具接口具有较高的刚性和稳定性，可提高20%的刀具耐用度。
Mapal公司最近又开发出新的转塔刀夹，可以实现高精度换刀，而同时保持有VDI工具柄的灵活性，并且由固定刀具改装成动力刀具（或相反）也只需30秒的时间。
图4.用于HSK-T刀柄夹紧装置的不同夹头。
（资料来源：Mapal公司）
Coromant Capto工具系统
Capto工具柄是一种具有端面支承的三棱空心锥柄，柄部锥度为1:20。与HSK工具柄一样，可实现工具柄锥面和止靠端面的接触定位，其特点是通过三棱空心锥柄与三棱锥孔间的成形锁紧实现工具柄的无间隙定位，从而无需采用诸如键槽和驱动键这样的元件就能传递较大的转距。这种工具柄具有尺寸小、重量轻、刚性高、换刀速度快和换刀精度高,以及有一定的减振性能等众多优点。该工具系统适合用于固定刀具和旋转刀具。Capto工具系统可为车铣中心带来下列好处：在机床上可采用统一的工具接口；能确保+/-2祄的换刀位置精度和重复精度 ；三棱成形锁紧的高刚度确保充分利用机床的最大动力；可实现快速换刀，减少换刀时间；具有减振性能。
在2008年，Sandvik公司Capto工具柄的20年专利权的期限届满，并于当年11月份与Kennametal公司的KM工具柄以及HSK-T同时被接纳为国际标准：ISO 26622-1/2（KM）和ISO 26623-1/2（Capto）。
随着Coromant Capto工具柄 ISO 26623国际标准的公布，该工具系统的应用将会不断扩大，目前，已有Wohlhaupter，Iscar，Rohm 和Kelch 等许多公司采用ISO 26623 标准来制造这种工具柄。
图5. Coromant Capto工具系统
KM工具系统
由Kennametal公司开发的KM工具系统，也是一种由锥面和止靠端面进行双向定位和夹紧的系统，柄部采用与HSK相同的1：10短锥。其重要特点是通过锥柄的止靠端面、锥度大直径处的锥面和锥柄尾部的锥面共三个面进行接触夹紧。夹紧时，通过推杆斜面推动滚珠径向压紧在滚珠轨道上，使这种夹紧力以3.5:1的增力比实现强力夹紧，由此达到几乎类似于一个整体刀具的刚性。而且其径向和轴向的重复定位精度可达到±2.5μm。
这种工具系统的另一个优点是，它在制造技术上与HSK系统十分相近，因此，对于能制造HSK工具柄和主轴的生产厂家，就不必购置新的机床来制造KM工具系统。
图6.KM工具柄
结语
工件精度的不断提高、缩短机内调刀时间或甚至免去机内调刀的要求以及工艺集成和车铣中心的发展及其推广应用，是不断推动工具系统发展的动力，今后仍将是推动工具系统发展的重要因素。
HSK（HSK-T）、Capto和KM系统是目前最流行的三种标准化工具系统。这些系统均系短锥柄结构，采用锥面和止靠端面的双向定位和夹紧方式，具有操作简易、更换快速、精度和刚性高以及高速性能好等诸多优点，既能用于回转刀具又能用于固定刀具，为用户提供了更多的选择。
而工具系统的选择，应考虑工件的精度要求、工序安排以及已有加工设备使用工具系统的情况来决定。例如，HSK-T系统特别适合于在一些机床上已使用HSK刀柄的用户采用，这有利于工具系统的统一使用、采购和管理；Capto系统，由于具有极高的定位精度，适合用于对工件精度有很高要求的情况；而KM系统具有比其它工具系统高得多的夹紧力，有着极高的刚性，故特别适合用于进行重切削的场合。
应指出，今后随着转矩电动机转速的提高和在装有摆动回转工作台的5轴加工中心上的应用，在这类机床上也将会集成车削工艺。而由于在加工中心上较普遍采用HSK工具系统，这无疑将为HSK-T接口提供较多的应用机会。(end)
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