如何把握好刀具與機(jī)床的匹配性？

　　刀具作為直接或間接安裝在機(jī)床上，用以完成工件加工任務(wù)的工具，我們必須考慮兩個(gè)適用性和一個(gè)匹配性。即適用于所選用的機(jī)床，適用于所選用的工件，適用于加工任務(wù)以及與機(jī)床相匹配。但是，本文主要從刀具的匹配性出發(fā)，談?wù)撊绾伟盐蘸玫毒吲c機(jī)床的匹配。

　　談及刀具與機(jī)床匹配，各位可能首先想到的，是外形和尺寸的匹配。的確，外形和尺寸的匹配是刀具在機(jī)床上能夠正確安裝的基礎(chǔ)。沒有這個(gè)基礎(chǔ)，刀具無法被正確地安裝在機(jī)床上，因此也就談不上完成什么加工任務(wù)。但是，僅有這一點(diǎn)是不夠的。

　　刀具在被安裝在機(jī)床上之后，是需要完成一定的加工任務(wù)的。在完成這個(gè)加工任務(wù)的過程中，需要保證加工精度、需要承受和傳遞切削力和切削扭距、需要完成切削熱的承受、傳遞和導(dǎo)出，需要考慮有可能的切削廢棄物(切屑和料頭)甚至是工件的傳輸，以及現(xiàn)代的刀具參數(shù)數(shù)字化傳遞等等。

　　這些任務(wù)有些雖然不是常見，確也是刀具可能承擔(dān)的任務(wù)。如果我們能夠在選擇刀具，考慮刀具與機(jī)床的匹配性方面一并考慮，會(huì)增加我們解決加工問題的思路。

　　保證加工精度、傳遞切削力和力矩、提供切削液的通道是我們目前在保證外形和尺寸的匹配后，經(jīng)常會(huì)遇到的問題。例如在加工中心上，我們經(jīng)常使用圓柱形(通常稱為直柄)作為夾持方式。那么就圓柱形的刀柄，除典型的完整的圓柱形外，還有一些在圓柱形上增加一些其它要素的變化，如削平型直柄(銑刀按直徑分為單削平面和雙削平面兩種，鉆削常見全削平面，都被稱為側(cè)壓式)，帶2°傾斜的斜削平式，帶扁尾的直柄(常用于鉆頭)，帶方身的直柄(常用于絲錐和鉸刀)等多種方式。

　　就這類刀柄與機(jī)床的聯(lián)結(jié)方式來說，只用圓柱部分定位、夾緊的也不在少數(shù)。各種壓力角的彈簧套系統(tǒng)，強(qiáng)力夾頭系統(tǒng)，液壓鎖緊系統(tǒng)、熱膨脹裝夾系統(tǒng)、力變形鎖緊系統(tǒng)等都是用于鎖緊圓柱刀柄的。但各種夾持方式各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。就拿最常見的彈簧套系統(tǒng)來說，大的壓力角(此處將壓力角定義為錐面鎖緊的正壓力與圓柱軸線的夾角)，即大的錐角代表鎖緊行程較短，有利于快速地鎖緊與松開，但在相同的鎖緊力矩下分解到圓柱面上的正壓力較小，由此產(chǎn)生的摩擦力距小，能夠抵抗的切削力距也相應(yīng)比較小，刀具易在刀柄中產(chǎn)生打滑的現(xiàn)象，影響加工過程的平穩(wěn)性和加工表面質(zhì)量;同時(shí)此類夾頭可夾持的刀柄直徑變化范圍較大，有利于減少彈簧套的庫存，優(yōu)化管理。而小的壓力角就相反。小的壓力角的彈簧套可夾持的刀柄直徑范圍較小，夾緊時(shí)的鎖緊行程較長，不利于快速夾緊與松開，但其夾持精度稍高，夾緊力大，能承受更大的切削載荷。

　　液壓鎖緊系統(tǒng)是一種新興的夾持系統(tǒng)，它利用高粘度液壓油的不可壓縮性使刀具夾持腔的內(nèi)壁發(fā)生彈性變形，從而鎖緊刀具。液壓鎖緊系統(tǒng)的精度高，鎖緊與松開不需要專門的器械從而顯得比較方便，鎖緊力矩通常也優(yōu)于彈簧套系統(tǒng)，但其內(nèi)壁只能在彈性變形的范圍內(nèi)工作。一旦超出此范圍，內(nèi)壁就會(huì)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的塑性變形，就會(huì)造成該刀柄裝夾腔的永久性失效。因此，削平型刀柄，尤其是鉆削刀具常用的全削平型刀柄是不能在液壓鎖緊系統(tǒng)中使用的。空腔施壓、刀柄未插到容腔底部等，也是會(huì)導(dǎo)致該系統(tǒng)損壞失效的常見原因。

　　熱膨脹裝夾系統(tǒng)則通常需要專用設(shè)備，這樣的設(shè)備以能控制加熱、冷卻按多種預(yù)定模式進(jìn)行的為佳。非專業(yè)的加熱設(shè)備(甚至火焰加熱)也許可以使用，但常常由于溫度和加熱曲線不能得到良好的控制而對(duì)刀柄的其它部分受到影響，甚至改變其金相組織，從而使系統(tǒng)很快失效。另外就是熱膨脹裝夾系統(tǒng)的刀具長度難以調(diào)整，需要專門的輔助工具，這給在需要多刀具同步工作的場(chǎng)合增添了一些麻煩。

　　在另一方面，刀具夾持方式也可能決定著生產(chǎn)效率的可能值。

　　圓柱刀柄和液壓、熱膨脹都是可以適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速的平衡設(shè)計(jì)，而削平型的裝夾卻是一種典型的非平衡設(shè)計(jì)，刀具廠商都將其列入不推薦用于高速切削的行列。

　　就刀柄本身而言，在被銑(或磨)去一部分材料形成壓力面時(shí)，刀柄部分的重心即與刀具的回轉(zhuǎn)中心不重合了。在刀具夾緊的過程中，削平柄被鎖緊螺釘推向已經(jīng)偏離中心的那一側(cè)，刀具的重心將進(jìn)一步偏離刀具在機(jī)床上的回轉(zhuǎn)中心，這些都增加了刀具的不平衡。加上一些使用者在原始的鎖緊螺釘損壞或遺失后隨意配上一個(gè)螺釘，長度等往往沒有在意，這樣的行為也給刀具的平衡性能增加了不確定性。因此，削平型(包括斜削平)都不建議在高速下使用。

　　但削平型是帶有強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)性質(zhì)的刀柄，它較純圓柱完全依靠摩擦力傳動(dòng)在高扭距下更為可靠。因此，在粗加工(粗加工一般扭距大，但轉(zhuǎn)速較低)時(shí)還是比較合適的。