隨著工具系統(tǒng)的逐步更新?lián)Q代及對(duì)機(jī)械環(huán)境的要求，當(dāng)前國(guó)際上正風(fēng)行全能型短錐模塊式工具系統(tǒng)。該系統(tǒng)以較高的定位精度、可靠的平衡性能及良好的剛性和韌性而占領(lǐng)了模塊化工具系統(tǒng)的制高點(diǎn)，大有取代7:24錐柄之勢(shì)。因7:24錐柄完全靠錐面定位，且體積大、轉(zhuǎn)速低、重復(fù)換刀時(shí)間長(zhǎng)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)高精產(chǎn)品的加工。目前，國(guó)際上許多工具廠家推出了全能型短錐模塊式工具系統(tǒng)：1987年美國(guó)Kennametal及德國(guó)Widia公司聯(lián)合研制了“1:10短錐KM模塊工具系統(tǒng)”，并首次提出了端面及錐度雙定位原理。隨后瑞典Sandvik公司又提出了“三棱圓短錐CAPTO工具系統(tǒng)”，而德國(guó)又于1993年正式頒布了DIN69893標(biāo)準(zhǔn)，即HSK工具柄標(biāo)準(zhǔn)，它與KM系統(tǒng)基本相似。幾種系統(tǒng)相得益彰，在工具行業(yè)掀起一股熱浪。

    2工作原理

    KM、HSK及CAPTO系統(tǒng)都分為手動(dòng)和機(jī)動(dòng)兩種，用雙重配合定位原則，即在足夠的拉緊力作用下，短圓錐柄產(chǎn)生一定的彈性變形而與錐面過(guò)盈配合，實(shí)現(xiàn)錐肩端面與錐面雙定位，因二者的結(jié)構(gòu)不同，其工作原理也不同。

    (a)接釘從后面緊固

    (b)端面緊固

    (c)拉桿操縱膨脹套緊固

    CAPTO系統(tǒng)

    夾緊有三種方式，第一種方法適用于在加工中心上使用的轉(zhuǎn)動(dòng)型刀具，用一個(gè)中心拉釘在后面緊固切削頭部模塊見(jiàn)圖1(a)；第二種方法從端面緊固切削頭部模塊；第三種方法是采用拉桿將一個(gè)膨脹套壓入刀具的內(nèi)槽中，形成牢固連接，適用于車削加工和用于車床上的轉(zhuǎn)動(dòng)型刀具。

    (a)鋼球鎖緊機(jī)構(gòu)

    (b)卡簧鎖緊機(jī)構(gòu)

    KM、HSK系統(tǒng)

    第一種KM結(jié)構(gòu)，夾緊單元采用帶鎖緊的滾球滾道系統(tǒng)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩螺釘拉桿沿徑向移動(dòng)，將滾球頂進(jìn)切削單元滾道中，滾道帶35°錐體，鋼球沿錐體帶動(dòng)切削單元向夾緊單元移動(dòng)，通過(guò)擠壓下的壓配合，達(dá)到雙定位。第二種HSK結(jié)構(gòu)，采用卡簧機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)拉釘，利用導(dǎo)向套的移動(dòng)引起卡簧的變形來(lái)實(shí)現(xiàn)雙定位。機(jī)動(dòng)鎖緊即無(wú)需使用扳手，全自動(dòng)快換工具系統(tǒng)具有刀具存儲(chǔ)的處理能力，通過(guò)激活機(jī)床控制系統(tǒng)的信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)刀具的快換。

    3特點(diǎn)

    相同點(diǎn)

    采用小錐度傳統(tǒng)的7:24錐柄錐度大于短錐的錐度，小錐度的錐柄易于加工，且其定位性能好。

    采用雙定位

    從理論上講，只有實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙配合才能達(dá)到高的定位精度，而1:10短錐系統(tǒng)正是采用了這個(gè)原理。在足夠的拉緊力作用下，利用錐度的彈性變形產(chǎn)生過(guò)盈配合，實(shí)現(xiàn)端面和錐面雙定位，因此它的精度高，連接剛性好(見(jiàn)圖3)。

    重復(fù)定位精度高

    它是一種高精度中心線性系統(tǒng)，其徑向、軸向的重復(fù)定位精度可達(dá)到±0.0025mm

    3.1.4換刀時(shí)間短

    根據(jù)實(shí)際測(cè)量，該系統(tǒng)的換刀時(shí)間僅為30s。

     刀具管理系統(tǒng)化

    鑒于該系統(tǒng)體積小、重量輕，便于快換，適用于大型加工中心，刀具可進(jìn)行系統(tǒng)化管理，統(tǒng)一對(duì)刀、檢測(cè)。

    平衡性能穩(wěn)定

    短錐的設(shè)計(jì)原理力求穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡，即接近高轉(zhuǎn)速和精度時(shí)，系統(tǒng)的平衡性能不變。

    內(nèi)冷卻系統(tǒng)

    內(nèi)冷卻機(jī)構(gòu)的切削單元或帶內(nèi)冷卻單元的鏜刀可極大地的提高刀具的壽命。

    夾緊力大、鎖緊力矩小

    與一般的錐度定位相比，其鎖緊力是常規(guī)的5～7倍，而鎖緊力矩25號(hào)柄為2.5～3.5N?m,產(chǎn)生徑向壓力2.8kN;100號(hào)柄的鎖緊力矩為181.6～242.7N?m,產(chǎn)生徑向壓力43.9kN。

    不同點(diǎn)

    傳遞扭矩方式不同

    CAPTO系統(tǒng)用三棱圓錐連接結(jié)構(gòu)傳遞扭矩，實(shí)現(xiàn)無(wú)滑動(dòng)地傳遞扭矩和力。與旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)，且不產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。由于三棱圓的特殊形狀，使作用在連接面上的力對(duì)稱而均勻地分布，且接觸面較大，不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力峰值現(xiàn)象。振動(dòng)變形小，因其表面壓力較低，磨損也顯著減少。而KM、HSK采用鋼球或卡簧夾緊，利用鋼球傳遞扭矩，滑動(dòng)傳遞扭矩和力，對(duì)旋轉(zhuǎn)方向有選擇性。

    結(jié)構(gòu)繁簡(jiǎn)不一

    CAPTO系統(tǒng)采用三棱圓傳遞扭矩，而不需任何球、鍵或銷等部件，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；而KM、HSK采用鋼球配以滑動(dòng)軌道鎖緊并傳遞扭矩，結(jié)構(gòu)涉及的零部件較多，相對(duì)來(lái)講比較復(fù)雜。

    加工難度不同

    CAPTO結(jié)構(gòu)中的三棱圓及與之配套的三棱孔、檢測(cè)設(shè)備等都很難加工，因三棱圓是一條與以無(wú)限值生成的一條次(余)擺線相平行的處于有限值內(nèi)的曲線。目前我國(guó)的大多數(shù)廠家尚不具備加工能力，國(guó)外的廠家也必需使用專用設(shè)備來(lái)生產(chǎn)。

    而KM、HSK結(jié)構(gòu)中的卡簧與鋼球滑道的加工都存在一定的困難，其中對(duì)卡簧的材質(zhì)、熱處理及加工參數(shù)要求較苛刻，否則易引起鎖死現(xiàn)象。

    總之，三棱圓是一種接近理想化的設(shè)計(jì)，但其加工性能差；而HSK的加工更趨于大眾化，加工性能較好。

    4結(jié)束語(yǔ)

    實(shí)踐證明，KM、HSK及CAPTO系統(tǒng)在近二十余年的使用過(guò)程中，非常出色地應(yīng)用在車削、鉆削、鏜削及銑削等加工領(lǐng)域，為提高產(chǎn)品的精度起到了一定作用。現(xiàn)在國(guó)際上已正式把1:10短錐系統(tǒng)列為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在全球范圍內(nèi)廣泛推廣。雖然它在某些方面還不盡善盡美，但我們相信它將繼續(xù)領(lǐng)導(dǎo)21世紀(jì)工具系統(tǒng)的新潮流。