刀柄

加工中心的主轴锥孔通常分为两大类，即锥度为7:24的通用系统和1:10的HSK 真空系统。

一、7:24锥度的通用刀柄

7:24锥度的通用刀柄锥度为7:24的通用刀柄通常有五种标准和规格，即NT（传

统型）、DIN 69871（德国标准）、IS0 7388/1 （国际标准）、MAS BT（日本标准）以及ANSI/ASME（美国标准）。NT型刀柄德国标准为DIN 2080，是在传统型机床上通过拉杆将刀柄拉紧，国内也称为ST；其它四种刀柄均是在加工中心上通过刀柄尾部的拉钉将刀柄拉紧。

目前国内使用最多的是DIN 69871型（即JT）和MAS BT 型两种刀柄。

DIN 69871型的刀柄可以安装在DIN 69871型和ANSI/ASME主轴锥孔的机床上，IS0 7388/1型的刀柄可以安装在DIN 69871型、IS0 7388/1 和ANSI/ASME主轴锥孔的机床上，所以就通用性而言，IS0 7388/1型的刀柄是最好的。 （1）DIN 2080型（简称NT或ST）DIN 2080是德国标准，即国际标准ISO 2583，是我们通常所说NT型刀柄，不能用机床的机械手装刀而用手动装刀。 （2）DIN 69871型（简称JT、 DIN、DAT或DV）DIN 69871 型分两种，即DIN 69871 A/AD型和DIN69871 B型，前者是中心内冷，后者是法兰盘内冷，其它尺寸相同。

（3）ISO 7388/1型（简称 IV或IT）其刀柄安装尺寸与DIN 69871 型没有区别但由于ISO 7388/1型刀柄的D4值小于DIN 69871 型刀柄的D4值，所以将ISO 7388/1型刀柄安装在DIN 69871型锥孔的机床上是没有问题的，但将DIN 69871型刀柄安装在ISO 7388/1型机床上则有可能会发生干涉。 （4）MAS BT型（简称BT）BT型是日本标准，安装尺寸与 DIN 69871、IS0 7388/1 及ANSI 完全不同，不能换用。 BT型刀柄的对称性结构使它比其它三种刀柄的高速稳定性要好。

（5）ANSI B5.50型（简称 CAT）ANSI B5.50型是美国标准，安装尺寸与DIN 69871、IS0 7388/1 类似，但由于少一个楔缺口，所以ANSI B5.50型刀柄不能安装在DIN69871和IS0 7388/1机床上，但 DIN 69871和IS0 7388/1 刀柄可以安装在ANSI B5.50型机床上。 二、 1:10的HSK真空刀柄

HSK真空刀柄的德国标准是DIN69873，有六种标准和规格，即HSK-A、 HSK-B、 HSK-C、 HSK-D、 HSK-E和HSK-F，常用的有三种：HSK-A (带内冷自动换刀 ) 、 HSK-C (带内冷手动换刀) 和HSK-E(带内冷自动换刀，高速型)。7:24的通用刀柄是靠刀柄的7:24锥面与机床主轴孔的7:24锥面接触定位连接的，在高速加工、连接刚性和重合精度三方面有局限性。HSK真空刀柄靠刀柄的弹性变形，不但刀柄的1:10锥面与机床主轴孔的1:10锥面接触，而且使刀柄的法兰盘面与主轴面也紧密接触，这种双面接触系统在高速加工、连接刚性和重合精度上均优于7:24的HSK刀柄有A型、B型、C型、D型、E型、F型等多种规格，其中常用于加工中心(自动换刀)上的有A型、E型和F型。 A型和E型的最大区别就在于：

1.A型有传动槽而E型没有。所以相对来说A型传递扭矩较大，相对可进行一些重切削。而E型传递的扭矩就比较小，只能进行一些轻切削。

2.A型刀柄上除有传动槽之外，还有手动固定孔、方向槽等，所以相对来说平衡性较差。而E型没有，所以E型更适合于高速加工。 E型和F型的机构完全一致，它们的区别在于:

同样称呼的E型和F型刀柄(比如E63和F63)，F型刀柄的锥部要小一号。也就是说E63和F63的法兰直径都是φ63，但F63的锥部尺寸只和E50的尺寸一样。所以和E63相比， F63的转速会更快(主轴轴承小) 。

关于刀柄的检验标准

刀柄是连接机床和刀具的纽带。通常在机床主轴内都有一个高精密的内锥孔,其锥度与刀柄相同,刀柄可以通过安装在顶端的拉钉,被自动拉入机床主轴内。刀柄的下部是刀夹部分,用来夹固刀具。

通常刀柄由4个部分组成：1) 拉钉 2) 锥柄 3) 法兰及V-形槽 4) 刀夹部分

锥柄的种类: 它取决于刀柄与机床连接的方式。刀柄与机床主轴的连接方式的选择主要考虑换刀的方式(自动还是手动),夹紧力的大小(锥度的大小,夹固力的来源)以及转速等。最常用的有两种,即锥度为7:24的陡锥柄SK(BT/CAT)和1:10空心圆锥柄HSK(详见6.10-6.13)。

陡圆锥柄: 简称SK型或BT型或7:24通用型。这种刀柄的锥度较大,为7:24,是一种最常用的刀柄。它能承受较高的转速和较高的力矩,多用于自动换刀机床。其锥度柄直接安装于机床主轴的锥孔中,在刀柄的顶部有连接螺栓(拉钉),机床中主轴的夹钳夹住刀柄顶部的拉钉向上拉,将刀柄拉入机床主轴中,同时主要靠刀柄与机床主轴壁间的摩擦力夹固。

刀柄的规格:

刀柄有30、35、40、45、50和60的规格,它表示在锥柄某处(具体位置在不同的标准中并不同) 直径的大小。锥体的规格通常是由机床厂商根据机床的有效功率或使用刀具的总体长度来选择的, 也与出产国有关(欧洲为DIN标准,美国为ANSI标准,日本为JIS标准)。常用的刀柄规格30,40,50,其中40应用最广泛。 刀柄的标准：

德国标准 DIN 2080，DIN 69871

DIN2080 型(简称NT或ST): 不带V形槽(抓手槽),主要用于手动式换刀机床,是在传统型机床上通过拉杆将刀柄拉入后夹紧。

DIN69871型(简称SK、JT、DIN、DAT或DV): 其特点是具有V型槽,便于机械手从刀具链或刀具库取出刀具,并将其装入主轴中。机床中主轴的夹钳是从外向内夹在刀柄的拉钉上。当机床转速较高时,离心力使夹钳向外松动,使夹钳的夹固力降低,而容易导致刀柄松 动 或脱落,故常用于转速较低,但力矩较大的加工。可分以下4种:

- DIN 69871 A型: 不带中心冷却通水孔 - DIN 69871 AD型: 带中心冷却通水孔 - DIN 69871 B型: 带侧边法兰冷却通水孔

- DIN 69871 AD/B型: 带芯部及侧边法兰冷却通水孔

但侧边孔为螺纹孔。当采用芯部内冷时，可将侧边用螺栓堵住。 日本标准 JIS B 6339(MAS 403 BT)(简称 BT)

BT型是日本标准,尺寸与DIN69871、IS07388/1及ANSI完全不同,不能换用。BT型刀柄的对称性结构使它比其它三种刀柄的高速稳定性要好。 美国标准 ANSI B5.50型(简称 CAT) 安装尺寸与DIN69871、ISO7388/1类似,但由于少一个楔口,所以ANSI B5.50型刀柄不能安装在DIN69871和IS0 7388/1机床上,但 DIN 69871和ISO 7388/1刀柄可以安装在ANSI B5.50型机床上。

以上4类标准中除DIN2080是在传统型机床上通过拉杆将刀柄拉紧外,其它三种刀柄均是在加工中心上通过刀柄顶部的拉钉将刀柄拉紧。目前国内使用最多的是BT型和DIN 69871型(即SK)两种刀

HSK

A型：法兰上带机械手用V形槽和定位用键槽、定向槽、芯片孔；内冷通道，尾部有传递扭矩的键槽。用于自动换刀和手动换刀，适合中等扭矩和转速的一般加工，应用范围最广。

B型：相同锥部直径时法兰直径大一号，在法兰端面有键槽传递扭矩，尾部无键槽，其他与A型相似。用于自动换刀和手动换刀，适合较大扭矩，中等转速的一般加工。

C型：法兰上无V形槽，其他与A型相同。用于手动换刀的一般加工。

D型：相同锥部直径时法兰直径大一号，法兰上无V形槽，其他与B型相同。

E型：法兰上带V形槽，但无其他键槽和开口，尾部也无键槽.与A型相似，完全靠摩擦力传递扭矩。用于小扭矩、高转速、自动换刀的情况。

F型：相同锥部直径时法兰直径大一号，其余与E型相同。用于大径向力条件下的高速加工，如高速木工机床。

HSK刀柄的动平衡

p当使用的主轴转速较高时，应考虑进行动平衡，以减少对主轴的不良影响，和对刀具、刀柄系统的使用的安全性。p目前采用的动平衡标准为ISO 1940-1。

p刀柄常用的动平衡精度为G2.5级（25000转/分）或 G6.3级（12000转/分）。 HSK刀柄的选择

pHSK A型和C型：适度中等的扭矩，中等或高速的主轴转速。 pHSK B型和D型：扭矩刚性最大，中等或高速的主轴转速。 pHSK E型和F型：低的扭矩刚性，但主轴转速允许极高。

pHSK刀柄最关键的不在于制造精度，而在于严格的钢材质量和热处理标准。

自HSK空心短锥柄技术出现以来，在世界各国得到广泛应用。据了解，欧洲和北美洲的一些用户，在使用HSK刀柄时遇到了一些问题。出现这些问题的主要原因在于，他们对制造HSK

DIN标准仅规定了HSK刀柄的几何形状，而没有规定所用的材料。所以，几乎所有的刀具供应商所生产的HSK刀柄，都完全参照传统的7：24锥柄来生产。HSK空心短锥柄的“空心”本身就说明具有潜在的问题：即轴向截面很小，显然这是HSK

传统的刀柄一般是由合金钢制造，然后或是表面淬火或是表面处理，得到了一个坚硬耐磨的表面和韧性的心部(HRC32～36)。这些热处理过程(如渗碳和离子氮化，硬度可达HRC58～62，约1mm深)对7：24锥柄非常适合，价格也不贵。由于它具有足够的横截面，所以实际上不易变形。按照工业上能够接受的指导准则，这种尺寸比较稳定的基体把两种性能完美地结为一体——有较软而韧性的芯部，可防止硬表面因变形而爆裂脱落，又有很耐磨坚硬的表面。

但对HSK空心短锥柄就不同了，它被做成结构截面很小，对于HSK63以下的小规格HSK空心短锥柄就没有强韧的心部来支承坚硬的表面，在每次夹紧—松开循环中都要受到很大的冲击，切削过程中又受到动态的弯扭交变载荷，在淬硬的脆性部位可能会出现微小的裂纹，在HSK刀柄的柄部的一些部位，对较大的拉应力非常敏感。这些部位有30°夹紧面、扭矩传递时键槽与主轴接触的表面以及径向贯穿孔与键槽底部、空刀槽底部最近的部位。这些微小的裂纹随时间而扩展难以发现，事实上不通过显微镜和特殊的检测手段很难发现这些变化。一个刀柄看上去工作正常，一旦过载，在出现裂纹的部位应力集中，当达到临界值时就很可能发生断裂。在使用过程中，这种脆性断裂随时可能发生。

有些制造厂商用淬透性材料。这时，截面上不同点的性质大体相同，刀柄的延伸率、屈服强度和冲击强度可能达到最佳组合。但是，相对于表面淬硬的刀柄，其硬度将是最低的(约低5～6HRC)。这种刀柄缺乏冲击强度，不耐磨，因此不得不经

所以要想达到最高的韧性、最高的耐磨性和耐腐蚀性的同时，又要成本低廉，这是不可能的。我们不能改变产品的几何形状，它是标准的。我们也受大量生产成本的制约，不可能采用昂贵的“空间材料和技术”。为了能使这种具备许多优点的新接口在生产中得到广泛应用，我们

制造厂商和用户必须对刀柄材料做出选择。一种是对材料要求有高的强度、韧

分析结果表明，HSK主轴安装孔应力最大的横截面，应具有较大的截面面积，而且尽量不用对应力集中敏感的材料。但必须能适应高速加工，即重量要轻，在离

在带有自动换刀的数控加工中心上，典型的工具接口之间的摩擦都有“多个对1个”的比率。就是说，刀柄在换刀循环中仅摩擦一次，而主轴孔则要与完成此工序的许多不同刀

例如，假定有一台CNC加工中心的刀库有32个刀位，而且都在使用。

每个工序切削时间为5分钟，机床每天工作10小时。在同一工件加工中每把刀具只使用一次。这样，对主轴来讲，每天要摩擦120次，而对每把刀柄只有4次。据此可推出，这台机床工作年限内摩擦次数的比率。这个数字说明主轴摩擦次数比

传统的7：24锥度主轴磨损的结果是成为“喇叭口”，这是一个难以察觉的很缓慢的过程。但是，磨损带来的结果是刀具振动、跳动增加、刀具轴向定位尺寸发

当HSK刀柄被夹紧时，主轴孔与刀柄之间有很大的压力。由于其锥度系1：10(半角为2°51′27″)——是个自锁角度，卸刀柄时需要一个附加的卸出力，这对主轴孔也是一个摩擦过程。由于1：10的锥度很小，径向每磨损0.0025mm，就会影响0.025mm的轴向间隙，这样也会影响到夹紧机构的夹紧状态，可能会引起故障。因此，要使HSK主轴磨损尽量减至最小。另外一个重要原因是HSK主轴的价格。由于HSK主轴实际上是不能修的，因为重磨锥度会使锥度直径超差，并影响到夹紧机构的压紧位置。又由于它精度要求高，又要用很大长径比的铣刀加工内驱动键，所以它的价格很贵，为延长主轴寿命，刀柄最好用同一种材料制造，建议最小屈服强度应是14000kg/cm2，拉伸强度应为15400kg/cm2。而且应降低刀柄的硬度(平均HRC50)，比主轴硬度低6～8度，以保护昂贵的主轴。这样，刀柄受力表面硬度下降，也使它的制造周期缩短、成本降低。