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刀具和机床的匹配如何把握

作为直接或间接安装在机床上完成工件加工任务的刀具，必须考虑两个适用性和一个匹配性。即适合所选机床、所选工件、加工任务以及与机床的匹配。但本文主要从刀具的匹配谈如何把握刀具与机床的匹配。

谈到刀具和机床的匹配，你首先想到的可能是形状和尺寸的匹配。的确，形状和尺寸的匹配是刀具在机床上正确安装的基础。没有这个基础，刀具就不能正确的安装在机床上，就不可能完成任何加工任务。

然而，仅此还不够。

刀具安装在机床上后，需要完成一定的加工任务。在完成这一加工任务的过程中，需要保证加工精度，承受和传递切削力和扭矩，承受、传递和输出切削热，考虑切削废料(切屑和切头)甚至工件可能的传输，现代刀具参数的数字化传输等。

虽然其中一些任务并不常见，但它们也是切割者可能承担的任务。如果能把刀具的选择和刀具与机床的匹配放在一起考虑，会增加我们解决加工问题的思路。

保证加工精度，传递切削力和扭矩，为切削液提供通道，是我们在保证形状和尺寸匹配后经常遇到的问题。例如，在加工中心，我们经常使用圆柱形(通常称为直柄)作为夹紧方法。然后，对于圆柱形刀柄，除了典型的完整圆柱形形状之外，还有一些变化为圆柱形形状添加了一些其他元素，例如扁平直刀柄(铣刀根据直径分为单切面和双切面两种类型，常见的全切面是钻的，都称为侧压式)，具有2倾角的倾斜扁平刀柄，具有平尾的直刀柄(常用于钻头)，以及具有方形主体的直刀柄(常用于丝锥和铰刀)

就这种刀柄与机床的连接而言，仅用圆柱部分进行定位夹紧的情况不在少数。各种压力角度的弹簧套系统、强力卡盘系统、液压锁紧系统、热膨胀夹紧系统、力变形锁紧系统等。都用于锁定圆柱形刀柄。但是，每种夹紧方式都有自己的优缺点。以最常见的弹簧套系统为例，压力角大(这里压力角定义为圆锥锁紧正压力与圆柱轴的夹角)，即圆锥角大代表锁紧行程短，有利于快速锁紧和解锁。但在相同的锁紧扭矩下，圆柱面上分解的正压力小，导致摩擦距离小，能抵抗的切削力距离也相应小。这样一来，刀具就容易在刀柄中打滑，影响加工过程的平稳性和稳定性。同时，这种夹头所能夹持的手柄直径变化很大，有利于减少弹簧套的库存，优化管理。小压力角则相反。压力角小的弹簧套在夹紧时能夹紧直径范围小、锁紧行程长的刀柄，不利于快速夹紧和松开，但其夹紧精度略高，夹紧力较大，能承受较大的切削载荷。液压锁紧系统是一种**的夹紧系统，它利用高粘度液压油的不可压缩性，使刀具夹紧腔内壁弹性变形，从而锁紧刀具。液压锁紧系统精度高，锁紧和释放方便，无需特殊设备。锁紧扭矩通常优于弹簧套系统，但其内壁只能在弹性变形范围内工作。一旦超出这个范围，内壁就会产生不可逆的塑性变形，造成刀柄夹紧腔的长久失效。因此，平头刀柄，尤其是钻具中常用的全平头刀柄，不能用于液压锁紧系统。空腔上的压力、工具手柄未插入空腔底部等。也是导致系统损坏和故障的常见原因。

热膨胀系统通常需要特殊的设备，这些设备能够以多种预定的模式控制加热和冷却。可以使用非**的加热设备(甚至火焰加热)，但不能很好地控制温度和加热曲线，往往会影响刀柄的其他部位，甚至改变其金相组织，从而使系统很快失效。此外，热膨胀夹紧系统的刀具长度难以调节，需要专门的辅助工具，这给需要多个刀具同步工作的场合增加了一些麻烦。

另一方面，刀具夹紧方式也可能决定生产效率的可能值。

圆柱形刀柄、液压和热膨胀都是可以适应更高转速的平衡设计，而平夹是典型的非平衡设计，刀具厂家不推荐用于高速切削。

就刀柄本身而言，当铣削(或磨削)一部分材料形成压力面时，刀柄的重心不会与刀具的旋转中心重合。在刀具夹紧过程中，展平手柄被锁紧螺钉推向已经偏离中心的一侧，刀具的重心会进一步偏离刀具在机床上的车削中心，加重刀具的不平衡。此外，一些用户在原锁定螺钉损坏或丢失后随机附加一个螺钉，并且往往不在乎长度等。这种行为也增加了切割机平衡性能的不确定性。所以不建议在高速下使用展平型(包括斜展平)。

但扁平型是具有强制驱动性质的工具手柄，在高扭矩下比完全靠摩擦驱动的纯圆柱体更可靠。所以更适合粗加工(粗加工一般扭矩大，但转速低)。

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