刀柄的结构

刀柄
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标准
主要标准有BT、SK、CAPTO、BBT、HSK等几种规格的主轴型号。
BT，BBT，均为日本标准，现也是普遍使用的一种标准。
SK（DIN6987）德国标准
传统刀柄，有ER型，强力型，侧固型，平面铣刀型，钻夹头，莫氏锥柄
现代有液压刀柄，热胀刀柄，PG（冷压）型。
精度和作用
BT，SK，是一种简单的，流行的主轴刀柄连接标准，主要有BT30，BT40，BT50，SK30。。。等。模具行业，及高速雕刻机，用到比较多，
HSK型性属于，后期的高速所需诞生的。HSK-E型，F型，都可以在三四万转的情况下，正常加工，为高精度的工件，提供了保障。日系标准，BIG的刀柄是比较好的，欧系的REGO-FIX AG比较好。
各种刀柄介绍
HSK刀柄
HSK工具系统是一种新型的高速短锥型刀柄，其接口采用锥面和端面同时定位的方式，刀柄为中空，锥体长度较短，锥度为1/10，有利于实现换刀轻型化和高速化。如图1所示。由于采用空心锥体和端面定位，补偿了高速加工时主轴孔与刀柄的径向变形差异，并完全消除了轴向定位误差，使高速、高精度加工成为可能。这种刀柄在高速加工中心上应用越来越普遍。
KM刀柄
该刀柄的结构与HSK刀柄相似，也是采用了空心短锥结构，锥度为1/10，并且也是采用锥面和端面同时定位、夹紧工作方式。如图2所示，主要区别在于使用的夹紧机构不同，KM的夹紧结构已申请了美国专利，它使用的夹紧力更大，系统的刚度更高。不过由于KM刀柄锥面上开有两个对称的圆弧凹槽(夹紧时应用)，所以相比之下显得单薄，有些零件的强度较差，而且它需要非常大的夹紧力才能正常工作。另外，KM刀柄结构的专利保护限制了该系统的迅速推广应用。
NC5刀柄
它也采用了空心短锥结构，锥度为1/10，并且也是采用锥面和端面同时定位、夹紧工作方式。由于扭矩是由NC5刀柄前端圆柱上的键槽传递的，刀柄尾部没有传递扭矩的键槽，所以轴向尺寸比HSK刀柄短。它与前面两种刀柄的最大区别在于刀柄没有采用薄壁结构，刀柄锥面处增加了一个中间锥套。KM刀柄和HSK刀柄是通过薄壁的变形来补偿刀柄和主轴制造误差，保证锥面和端面同时可靠的接触，而NC5刀柄是通过中间锥套的轴向移动达到这个目的。中间锥套的轴向移动动力来自刀柄端面上的碟形弹簧。由于中间锥套的误差补偿能力较强，因此NC5刀柄对主轴和刀柄本身的制造精度的要求可稍低些。另外，NC5刀柄内仅有一个安装拉钉的螺钉孔，孔壁较厚，强度高，可采用增压夹紧机构，满足重切削的要求。这种刀柄的主要缺点是刀柄和主轴锥孔之间增加了一个接触面，刀柄的定位精度和刚度有所下降。
CAPTO刀柄
Sandvik公司生产的CAPTO刀柄。这种刀柄的结构不是圆锥形，而是三棱圆锥，其棱为圆弧形，锥度为1/20，并且空心短锥结构，采用锥面与端面同时接触定位。三棱圆锥结构可实现两个方向都无滑动的转矩传递，不再需要传动键，消除了因传动键和键槽引起的动平衡问题。三棱圆锥的表面大，使刀柄表面压力低、不易变形、磨损小，因而精度保持性好。但三棱圆锥孔加工困难，加工成本高，与现有刀柄不兼容，配合会自锁。
失效形式
HSK刀柄采用短锥面和法兰端面同时定位，刀柄为中空结构，短锥体锥度为1：10， 刀柄与主轴之间通过膨胀式弹性夹头锁紧。HSK刀柄在工作过程中的失效形式主要有两种：一是由于刀柄材料强度不足，在巨大离心负荷作用下发生破坏； 二是由于高速旋转降低动态夹紧力，使夹紧系统不能提供足够的夹紧力以确保切削加工的顺利进行。因此，对HSK刀柄临界使用转速的计算应该从材料强度和夹紧力两方面进行分析。 
7/24锥度刀柄
半个多世纪以来，加工中心上一直采用7/24锥度的BT刀柄实现刀具与机床主轴的连接。标准的7/24锥面联结有许多优点，如：可实现快速装卸刀具；刀柄的锥体在拉杆轴向拉力的作用下，紧紧地与主轴的内锥面接触，实心的锥体直接在主轴的锥孔内支撑刀具，可以减小刀具的悬伸量；只有一个尺寸需加工到很高的精度，所以成本较低而且可靠。然而，随切削高速化的发展，刀具要在比以前高得多的转速下进行切削加工，BT刀柄的连接性能就出现以下主要不足，图3是高速加工时BT工具系统工作示意图：
(1)主轴与刀柄不能实现与主轴端面和内锥面同时定位，导致连接刚度低，尤其是在高转速下，由于离心为的作用，主轴锥孔大端扩张量大于小端扩张量，使得刀柄和主轴的接触面积减少，工具系统的径向刚度，定位精度下降。
(2)在高速旋转下(特别是转速超过8000rpm后)，在离心力作用下刀柄向外的扩张量与主轴孔的扩张量差异明显，而且在孔口部位扩张量的差异要大于刀柄尾部，在拉杆的作用下，刀柄向后移动导致轴向位置发生变化，影响了加工精度和刀具稳定切削条件。并且主轴停车后，刀柄和主轴径向弹性回复，容易使刀柄卡死在主轴中，很难拆卸。
(3)主轴的膨胀还会引起刀具及夹紧机构质心的偏离，从而影响主轴的动平衡。
(4)刀柄为实心长锥柄结构，因此质量大，在加工中心上应用时，换刀速度较慢，导致非加工时间较长。