HUANG

　　没人愿意在机床启动和运行之前因为准备刀具而弄伤手指，或在机床运行时因发生碰撞而损坏刀具和主轴。对于任何切削加工来说，正确地准备刀具是工作的最重要组成部分，不同加工车间准备刀具的时间可能相差悬殊。如果能以正确的方式准备刀具，就可以节省大量时间，而为此付出的所有努力——包括寻找合适的圆形刀具或刀片，将其装入刀具夹头，对它进行正确的设置或测量，获得准确的预调尺寸，然后选择合适的加工速度和进给率——都是值得的。如何缩短工艺流程、减少准备刀具所需的时间，并确保高质量的加工结果是制造商所面临的真正挑战。如今，刀具供应商正在努力开发创新技术和产品，以解决金属切削行业的一些现实挑战。刀具夹持技术的创新并不仅仅是采用新型VDI刀架，还包括利用快换工具系统防止刀具被拉脱（尤其在加工强韧性好的钛合金和高温合金时）、提高模块化工具系统的刚性以及充分利用现有机床的工作空间。

提高刀具精度，减小径跳误差
　　Bilz刀具公司开发的全系列刀具夹持新产品旨在为极具挑战性的加工提供更高的质量和精度，以及尽可能小的总跳动误差（TIR）。该公司主要关注刀具夹头的中心线精度，以在中度到重度径向负荷的加工中提高刀具的精度、刚性和金属去除率，同时延长刀具寿命。Bilz公司开发的专利产品——TER Thermo Grip热装式ER弹簧夹头旨在彻底变革弹簧夹头在加工中的应用。与普通的开槽式ER弹簧夹头不同，TER Thermo Grip夹头采用整体式夹头体，夹持刀具时不会变形或压缩，可确保径跳误差小于3μm，在加工高强韧材料（如钛合金）时能显著提高刀具性能。

　　当用柔性弹簧夹头夹持刀具时，在瑞士式机床和动力刀座上更换刀具可能极其耗费时间。由于大多数瑞士式加工中心对刀具定位精度要求严苛，而在动力刀座上换刀需要拆卸和重新安装刀具、弹簧夹头和夹头螺母，因此停机时间可能相当长，并会导致加工成本上升。TER Thermo Grip热装夹头（图1）可用于所有ER动力刀座和瑞士式机床的ER直柄刀夹。在加热装刀时，可将弹簧夹头中的刀具预调到所需长度。所有这些操作均可在机外完成，而机床可以不间断地加工零件。每次换刀仅需几秒钟时间，且更换的刀具装回机床时能保持相同的刀具位置和预调长度，而不必担心刀尖移位或夹头螺母承受过大的扭矩。
　　Bilz公司开发的Diebold Ultra Grip铣夹头适用于小批量到中等批量的超高精度铣削加工。该夹头将最小的刀具径跳误差与最大的夹持力结合在一起，可提供≤3μm的同心度。在医疗、航空航天、模具制造等行业的精密加工中，由夹头和刀具组装而成的工具系统的最大径跳误差TIR≤3μm。Ultra Grip夹头的平衡精度可达G 2.5，适用于CAT、BT和HSK锥度接口。
　　为了提高承受径向力的能力和提供其他系统难以达到的径跳精度，Bilz公司还推出了Diebold Centro Grip弹簧夹头。该夹头的同心度≤1μm，组装好的工具系统（包括夹头、夹套和刀具）的最大径跳误差TIR≤3μm，平衡精度达G2.5，适用于CAT、BT和HSK锥度接口，可满足医疗、航空航天和模具制造业的加工需求。
　　新刀具夹持技术使加工车间可以实现加工效率最大化。不过，对机床主轴的维护也同样重要。无论刀具夹持组件（夹头和刀具）的组装质量如何，主轴锥孔磨损、刀具夹持锥面磨损或主轴偏心都会对其产生不良影响。用主轴擦拭器保持主轴清洁、用拉力计定期检测拉紧力、用测试芯轴定期检查主轴的对中性和主轴跳动误差对加工条件的最优化同样至关重要。

肯纳与翰默联手开发硬质合金切削头
　　近年来，采用标准或专有刀具夹头设计技术开发的创新性刀具夹持解决方案层出不穷。作为技术合作伙伴，美国肯纳公司（Kennametal Inc.）和德国翰默公司（Haimer GmbH）联手开发了用于硬质合金切削头的Duo-Lock模块化刀具系统（图3）。Duo-Lock模块化接口设计是为了使模块化铣削系统达到与整体硬质合金立铣刀类似的一体化水平，并提供更好的加工稳定性、更大的承载能力和更高的径跳精度。Duo-Lock联接系统采用创新的螺纹设计，利用专有的双锥体联接方式和在接口背面增加第三支承区，克服了现有模块化联接系统的缺点，使硬质合金铣刀可在保证安全性的前提下满负荷运转，以发挥出加工的全部潜能。

　　在IMTS展会上，这两家公司新推出了切削头与一体式螺纹配合刀具夹头的产品组合，其所有相关的主轴接口和加长杆都采用了Duo-Lock联接技术。此外，为了能在航空航天和能源行业的铣削加工中采用更大的切削参数，该产品组合还将增加长度超过现有市场可供产品的新型模块化切削刀头。
　　肯纳公司的工具系统产品可确保刀具径跳精度小于5μm，Z轴精度小于1μm，从而取消大部分耗资不菲的刀具预调操作。Duo-Lock夹持技术的卓越性能可以大大提高铣削加工的金属去除率和延长刀具寿命，从而使模块化铣削系统的切削性能首次能与新一代整体硬质合金立铣刀相媲美。
　　Duo-Lock铣削系统已能实现切深达1.5D的铣削性能，与其他类似的模块化铣削系统相比，其加工范围进一步拓宽。在常规铣削加工中，Duo-Lock系统的金属切除率（MRR）可提高一倍以上。
　　肯纳和翰默两家公司签订的长期合作协议包括相互许可使用一些专有技术。与翰默公司的Safe-Lock刀具夹持系统类似，Duo-Lock技术将获得许可提供给一些领先的高端刀具制造商，用于开发一种具有兼容性的、高性能的模块化立铣刀系统。为了向客户提供来自不同制造商、但具有相互兼容接口的多种产品来源，这两家合作伙伴目前正与其他一些刀具领军企业就此进行探讨。
　　在翰默公司的Safe-Lock夹持系统中，夹头中专门设计的驱动键和刀具柄部的键槽可防止铣刀在极端加工条件下转动移位或从夹头中被拉脱。通过Safe-Lock系统的结构设计，除夹持系统的摩擦夹紧力外，铣刀还利用强制锁紧机构牢固地夹持在刀具夹头中。防拉脱功能与最佳径跳精度相结合，减小了刀具振动，从而可实现高效加工。由于增大了切削深度和进给量，金属切除率可以提高一倍，而刀具磨损则可减小一倍。

ER弹簧夹头系统的优化设计
　　Rego-Fix公司在其powRgrip和secuRgrip产品线大获成功的基础上，再接再厉又推出了性能经过优化的ER弹簧夹头系统。新型ER MicRun夹头系统在3倍直径处的允许跳动误差TIR≤3μm。该夹头的自锁设计使夹爪始终保持在螺母中，无需利用工具就能方便地插入和拔出。为确保夹头在极具挑战性的加工中保持很高的重复精度和刚性，Rego-Fix公司为该系统配备了一种可保持螺母与夹头对中性的特殊螺纹。MicRun夹头适用于高速切削，其锥度类型包括各种标准锥度，并有标准螺母和微型螺母两种设计型式。
　　作为powRgrip产品线的组成部分，secuRgrip夹头简单而有效的刀具锁紧机构使其非常适合条件恶劣的金属切削加工。这种防拉脱夹头系统可将夹筒和刀具锁定在夹头体中，消除了刀具滑脱的风险。该夹头已获专利的锁紧系统包括一个小的异型锁紧键，将其插入立铣刀的标准Weldon刀柄卡口中，即可实现对刀具的可靠锁紧。secuRgrip夹头的允许跳动误差TIR≤3μm，操作者可以预调刀具长度。为了更好地使用该夹头，Rego-Fix产品用户可对原有的powRgrip夹头进行改造。现在，secuRgrip锁紧系统也可用于铣夹头。
　　为了保护操作者的人身安全（尤其是在瑞士式机床有限的工作空间内操作时），Rego-Fix公司新推出了具有防滑功能的ERMX微型夹紧螺母。该螺母外径前部铣制的卡槽可以轻松地与扳手的对应形状准确吻合，以防止在拧紧和松开螺母时出现打滑现象。这种新型螺母适用于Rego-Fix的密封或冷却盘。螺母表面经过特殊处理，可以增大夹紧力，其上的专用涂层具有抗蚀作用。ERMX螺母适用于符合DIN 6499和ISO 15488标准的ER弹簧夹头。这种微型夹紧螺母的优点包括：降低操作者因扳手打滑而受伤的风险；适用于内部和外部冷却，改善排屑性能；降低刀具成本和提高生产效率。

通过优化设计解决标准工具系统的刀具拉脱问题
　　BIG Kaiser精密工具公司在解决刀具拉脱问题时独树一帜，尤其在切削耐热超级合金（如钛合金或Inconel合金）时。防拉脱装置采用现行的立铣刀Weldon刀柄标准卡口，并与高性能铣夹头兼容。在新开发的Mega Perfect Grip铣夹头产品线中，一个专门设计的定位键被置于立铣刀的Weldon刀柄卡口中，然后将定位键和铣刀一起插入铣夹头的内孔中（孔中有3个可接受定位键的轴向槽）。当铣刀和定位键插入夹头底部后，将其顺时针扭动20°，即可使定位键抵住一个淬硬的定位销，并卡入铣夹头的止动槽。最后拧紧夹紧螺母，关闭铣夹头，使铣刀在加工时不可能被拉出。 Mega Perfect Grip铣夹头集重载铣夹头的切削性能与整体侧面锁紧式刀具夹头的防拉脱安全性于一身。高压大流量内冷却喷液系统也是夹头的标准配置之一。
　　为改进标准ER弹簧夹头的性能，开发了Mega ER整体式螺母。这种无槽夹紧螺母无需使用球轴承，因此可作为标准Mega ER Nut的一种低成本选项。为尽可能减小弹簧夹头夹紧时的变形，采用了夹筒内部沟道无摩擦表面处理技术。无槽夹紧螺母可用Mega Wrench扳手来拧紧和松开，这种扳手具有很好的平衡性和夹头对称性。Mega ER整体式螺母可以替换其他标准ER弹簧夹头螺母，供货规格：ER16、ER20、ER25和ER32。
　　为使刀具适应现有的机床加工空间，BIG Kaiser公司开发了一种可使大型镗刀组件重量减轻40％的加长杆系统。采用钢和铝两种材料的零部件来组装大直径、长悬伸刀具，使其获得理想的长度/重量比，从而在大多数具有自动换刀功能的机床上使用。这种刀具轻量化设计可以充分利用现有机床的最大行程和换刀能力来完成大型工件的加工，而无需投资购买更大规格的机床。BIG Kaiser开发的Smart Damper面铣刀减振技术也能以另一种方式最大限度地利用机床现有的工作空间，该技术能消除因刀具夹头过长和加工条件恶劣而引起的有害振动。这种模块化减振设计可用于最大预调长度达406mm的面铣刀，并适用于BIG-PLUS CAT 50或BT5以及HSK-A100公制面铣刀。

在机床上快速更换刀具
　　Command Tooling Systems公司推出的Varia VX快换刀具系统（图4）使操作者可以毫不费力地在机床上更换刀具，由于无需将整个刀具从机床上卸下，因此减小了不慎伤手的风险。该系统利用三个接触点将Varia VX刀片拉入正确位置，而卸刀机构可以轻松地将刀片弹出，单手即可完成换刀操作，大大提高了操作的安全性。由于采用单个螺钉紧固，换刀时间仅需20秒。这种模块化快换系统能在机床运行过程中完成刀具准备工作，而且在更换Varia VX刀片后无需重新调校刀具。

　　Varia VX快换刀具系统适用范围广，锥度/平面支承界面可确保系统具有极高的同心度，由正多边形传递的最大扭矩可达200Nm。刀片的夹固和释放由采用三个多功能凸轮的转向扇形齿轮来实现，当拧紧径向安装的张紧螺钉时，三点式张紧机构会将刀片均匀地拉入安装位置；卸除刀片时，通过滑动凸轮松开刀片，并将其从夹持机构中弹出。
　　针对内冷却加工采用径向作用的密封膜，以确保冷却液能无泄漏地从刀具接头输送到VX刀片，从而将冷却液直接带到切削刃处。VX系统的优势包括：可在机床上直接使用经过预调的现成刀具；可通过仅有的一个夹紧点快速更换刀具；操作者更换刀具时可避免手受伤；刀片夹紧时不会承受有害的径向力；可以安全地传递扭矩。