CNC加工中心在過(guò)去的30年間得到了持續(xù)改進(jìn)和發(fā)展吸自。如今這些機(jī)床的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了柔性化，通過(guò)很小的結(jié)構(gòu)變化，就能夠應(yīng)用于從短期工具制造到長(zhǎng)期產(chǎn)品生產(chǎn)的各種加工場(chǎng)合医寿。過(guò)去曾采用焊接或鉚接裝配的飛機(jī)零部件，現(xiàn)在則可以在高速大功率加工中心上將整塊鋁坯掏空加工而成蘑斧。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)去幾乎完全由專用的傳送流水線進(jìn)行生產(chǎn)靖秩，如今則趨于用加工中心進(jìn)行敏捷制造。這些加工中心都有一個(gè)基本特點(diǎn)：能夠自動(dòng)更換工具而無(wú)需操作者干預(yù)堡喳。

　　工具夾頭在各種不同的切削刀具與加工中心主軸之間提供標(biāo)準(zhǔn)連接匣夭。它的工作方式與一個(gè)可調(diào)整的鉆夾頭類似，就像家庭維修工可以更換手提鉆的鉆頭一樣勇湃。加工中心的主軸孔和工具夾頭的柄部及法蘭均按標(biāo)準(zhǔn)制造坝总，這些標(biāo)準(zhǔn)過(guò)去25年間在世界范圍內(nèi)得到了發(fā)展⊙该Γ總的來(lái)說(shuō)兆距，這些標(biāo)準(zhǔn)的制定比較完備，只要主軸和工具夾頭都符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定姆巨，就可以保證它們之間的連接既牢靠又有很高的同心度乏尿。

　　由于工具夾頭采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，也由于它相對(duì)于機(jī)床主體而言創(chuàng)新發(fā)展較緩慢嫩碘，因此在一些加工中心用戶中形成了一種揮之不去的印象：工具夾頭似乎是一種“商品”（標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品）迂擅。從今天在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中打拼獲得成功的工具夾頭制造商的數(shù)量來(lái)看，也很容易得出這一結(jié)論臊啃。但是一些終端用戶并不認(rèn)同“商品”的概念症丁。確實(shí)，某種類型的所有工具夾頭看似相像，但肯定不會(huì)完全相同宠默。

　　工具夾頭的質(zhì)量差異

　　是什么原因使一種產(chǎn)品優(yōu)于另一種呢麸恍？在大多數(shù)金屬切削加工中，合格零件與廢品之間的區(qū)別常常在于關(guān)鍵尺寸上極微小的差異搀矫。同樣抹沪，一個(gè)高精度工具夾頭的不同之處也取決于所采用的制造公差。

　　評(píng)價(jià)指標(biāo)1：同心度

　　切削刀具的回轉(zhuǎn)軸線必須與機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)軸線精確一致瓤球。實(shí)現(xiàn)近于完美的同心度的方法雖然很明確融欧，但也很復(fù)雜。

　　首先卦羡，將工具夾頭的錐柄裝入對(duì)應(yīng)的主軸錐孔時(shí)蹬癌，每一次都必須非常精確。為此虹茶，配合表面的錐角公差必須很小逝薪。這些公差由國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)制定和頒布，一般可供任何人查閱蝴罪。制造完成的工具夾頭要用量規(guī)檢測(cè)其圓度和錐角刷航，而這些量規(guī)則由實(shí)物基準(zhǔn)規(guī)來(lái)標(biāo)定。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用的測(cè)量方法各不相同驱糜，從實(shí)物接觸機(jī)械式測(cè)量启尚、實(shí)物接觸/電子模擬量測(cè)量到非接觸模擬量測(cè)量（如氣動(dòng)量規(guī)）。所有這些行之有效的方法都有一個(gè)共同特點(diǎn)：都要用實(shí)物基準(zhǔn)規(guī)來(lái)標(biāo)定喧弦。

　　不同工具夾頭制造商的基準(zhǔn)規(guī)之間存在明顯的差異纤秃。這一肯定的判斷是基于多年來(lái)對(duì)不同制造商的工具夾頭產(chǎn)品進(jìn)行成百上千次測(cè)量的結(jié)果。簡(jiǎn)言之吕迁，它們的確不同蝎杯。即使假定市場(chǎng)銷售的所有工具夾頭均與它們各自對(duì)應(yīng)制造商的基準(zhǔn)規(guī)相符，但不同的制造商采用的基準(zhǔn)規(guī)卻并不相同肿圾。隨之產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題：不同制造商的工具夾頭與機(jī)床主軸的適配性也不盡相同戒甜。其原因很簡(jiǎn)單：沒(méi)有標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)錐度的“母基準(zhǔn)規(guī)”。雖然位于馬里蘭州的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所（NIST）和一些高水平計(jì)量實(shí)驗(yàn)室（如位于俄亥俄州的Timken公司實(shí)驗(yàn)室）具備了在確定環(huán)境條件下采用具有適配精度的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)測(cè)量錐度的能力簇戳，但沒(méi)有單一基準(zhǔn)實(shí)物量規(guī)能夠方便地檢定其它具有相同尺寸和錐度的實(shí)物量規(guī)润申。可以理解樊展，在沒(méi)有單一基準(zhǔn)源或可供所有量規(guī)溯源的基準(zhǔn)規(guī)的情況下呻纹，市場(chǎng)上不同廠家的產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定尺寸的符合程度就存在差異，而這些差異將影響與主軸的配合質(zhì)量专缠。下面作進(jìn)一步分析雷酪。

　　現(xiàn)在討論的仍是使工具與主軸中心線同心的問(wèn)題淑仆。即使主軸適配性混亂的問(wèn)題很快得到解決，問(wèn)題也會(huì)轉(zhuǎn)向工具夾頭的業(yè)務(wù)終端：由于目前還沒(méi)有錐度基準(zhǔn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)太闺，因此工具夾頭的終端用戶更有理由對(duì)產(chǎn)品失去信心。國(guó)際或各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織（如ISO嘁圈、ANSI省骂、JIS、DIN等）已對(duì)主軸與工具夾頭的錐度適配性和工具更換功能作出了相應(yīng)規(guī)定最住。但另一方面钞澳，切削刀具與工具夾頭的適配性則取決于工具夾頭制造商，他們自行設(shè)定立銑刀夾頭的內(nèi)徑公差涨缚、套筒夾頭的錐角公差以及套式銑刀軸的端面垂直度等轧粟，他們還自行制定工具夾頭的夾持部與連接機(jī)床主軸的錐柄的同心度。這樣脓魏，只有工具夾頭制造商能給他們自己的機(jī)床配備專用夾具础辉，以機(jī)床主軸的接口面作為參照面，加工出適配的錐柄工作表面妄舅。

　　在結(jié)束關(guān)于同心度的討論之前知狂，還必須考慮一個(gè)更具普遍性的變數(shù)——制造商本身是否具有不僅能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，而且能始終如一地長(zhǎng)期生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的能力和绳。在任何制造業(yè)中啰痒，不同制造廠商具備的能日復(fù)一日長(zhǎng)期制造高質(zhì)量產(chǎn)品的能力都不盡相同。在你自己的業(yè)務(wù)范圍內(nèi)挺教，你總能列舉出好的和不太好的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手及供應(yīng)商的名字锥拖。通常在每個(gè)市場(chǎng)中總有一個(gè)龍頭企業(yè)，而好的制造商都會(huì)努力爭(zhēng)取獲得這種地位阎肌。

　　總之昌漏，對(duì)于工具夾頭的首要質(zhì)量指標(biāo)——同心度而言，完全有理由相信将遮，由不同制造商生產(chǎn)的工具夾頭可能因計(jì)量檢測(cè)蒂禽、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、公差及制造能力不同而存在質(zhì)量差異旅急。

　　評(píng)價(jià)指標(biāo)2：夾持強(qiáng)度

　　絕大多數(shù)工具夾頭都按照標(biāo)準(zhǔn)制造逢勾，具有非常相似的外觀。CAT藐吮、BT或HSK系統(tǒng)都是側(cè)面鎖緊式立銑夾頭溺拱，可利用一個(gè)緊固螺釘頂緊刀具上的一個(gè)平面，以防止刀具松動(dòng)谣辞。它們可以使用標(biāo)準(zhǔn)夾套迫摔，使夾頭在夾持不同直徑刀具時(shí)具有更好的適配性，也可以專門(mén)用于夾持螺紋刀具或莫氏錐柄鉆頭，此外還有其它功能句占。事實(shí)上沪摄，每個(gè)CNC工具夾頭制造商都在努力提供適用于大多數(shù)切削刀具和機(jī)床主軸的解決方案。

　　夾持力是防止刀具在夾頭中轉(zhuǎn)動(dòng)的能力纱烘。使用夾套是引起夾持力變化的主要原因杨拐。通常應(yīng)首選單角夾套，如ER和TG系列產(chǎn)品擂啥。單角夾套能施加更大的夾持力哄陶，并能保證極好的同心度。但像工具夾頭一樣俺乓，不同制造商生產(chǎn)的夾套之間也有很大差異勋匙。為使由夾頭、夾套和刀具構(gòu)成的組件能獲得盡可能好的同心度檀丝，必須采用專用量具或高精度刀具預(yù)調(diào)儀來(lái)測(cè)量同心度韭赡。為了獲得夾持力與同心度的最佳組合，應(yīng)采用液壓夾頭或熱縮夾頭残神，這樣可以完全不必使用夾套堵闪。

　　一些制造商仍可提供用于極端加工場(chǎng)合的重載套筒夾頭和立銑夾頭。但是锦是，除了液壓和熱縮技術(shù)可能有所不同外涤玷，大多數(shù)制造商都在復(fù)制彼此的產(chǎn)品系列，因此市場(chǎng)上的工具夾頭產(chǎn)品在外觀上令人吃驚地千篇一律漓琢，不同之處僅在于各自采用的制造方式称几。這就又回到了前面得出的結(jié)論：差異在于制造商的檢測(cè)方式、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)稿施、公差大小以及——最重要的——制造能力的不同疫稿。總而言之鹃两，各種工具夾頭不可能完全相同遗座。

　　評(píng)價(jià)指標(biāo)3：檢測(cè)

　　這里有一個(gè)可說(shuō)明工具夾頭檢測(cè)差異的例子：6年前，COMMAND TOOLING SYSTEMS公司開(kāi)始按照HSK標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工具夾頭俊扳，首先購(gòu)買(mǎi)了所需的量具途蒋。獲得量具后經(jīng)過(guò)測(cè)量比對(duì)，發(fā)現(xiàn)不少競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手（當(dāng)時(shí)大部分為歐洲制造商）生產(chǎn)的HSK工具夾頭與我們從德國(guó)獲得的基準(zhǔn)量規(guī)相比變化范圍相當(dāng)大馋记。結(jié)果令人吃驚：所檢測(cè)的產(chǎn)品沒(méi)有一件位于公差范圍之內(nèi)号坡。為了確保檢測(cè)結(jié)果正確，我們又從德國(guó)另一家量規(guī)制造商處購(gòu)買(mǎi)了一個(gè)新的基準(zhǔn)量規(guī)梯醒。令人吃驚的是宽堆，這兩個(gè)量規(guī)完全一致腌紧，區(qū)別僅在于制造方法不同。制造符合HSK標(biāo)準(zhǔn)的工具夾頭畢竟不是在公園里散步畜隶，因此應(yīng)該得到更好的檢測(cè)結(jié)果壁肋。

　　每一個(gè)被加工產(chǎn)品都有公差，主要用于衡量制造變化量的大小——變化越小籽慢，公差越緊逊汤。因此，上述事例并不否認(rèn)被檢測(cè)的夾頭在某種水平上（或?qū)τ谀承┲鬏S）能夠使用人薯。但是芜既，工具夾頭制造商卻無(wú)法控制夾頭的終端使用情況阶糖。如果提供銷售的夾頭產(chǎn)品就未達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)吸辑，則夾頭制造商對(duì)于夾頭嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)的情況也無(wú)能無(wú)力。

　　評(píng)價(jià)指標(biāo)4：平衡

　　如今銷售的越來(lái)越多的加工中心配備了設(shè)計(jì)最高轉(zhuǎn)速達(dá)10000rpm或更高的主軸秃练。用于這些機(jī)床的刀具不但必須具有很好的同心度和高強(qiáng)度串飘，而且必須與主軸一樣進(jìn)行精細(xì)的平衡，否則將會(huì)產(chǎn)生有害的振動(dòng)而引起震顫雁痪，從而降低加工表面光潔度钳砰，縮短刀具壽命。在不平衡量很大的極端情況下猴襟，還可能造成主軸損壞许话。近年來(lái)已有不少文獻(xiàn)對(duì)工具夾頭的平衡問(wèn)題進(jìn)行了探討，在此無(wú)需重復(fù)曼庆。但其中很重要的一點(diǎn)是稍途，因刀具/工具夾頭組合系統(tǒng)不平衡而產(chǎn)生的離心力與主軸轉(zhuǎn)速的平方成正比。如果在轉(zhuǎn)速1000rpm時(shí)產(chǎn)生的力可忽略不計(jì)的話砚婆，轉(zhuǎn)速10000rpm時(shí)產(chǎn)生的力則是其100倍械拍，20000rpm時(shí)的力則是其400倍。因此装盯，在主軸轉(zhuǎn)速不斷提高的情況下坷虑，要求具有極好的同心度顯得更為重要，因?yàn)槿绻毒呋剞D(zhuǎn)偏離了主軸中心線埂奈，它將成為附加不平衡量的一個(gè)主要來(lái)源迄损。

　　工具夾頭的不平衡通常來(lái)源于功能性設(shè)計(jì)，如立銑夾頭中的鎖緊螺釘或CAT夾頭中傳動(dòng)槽的深度不等账磺。但由于許多原因海蔽，不平衡量的產(chǎn)生常常是隨機(jī)性的。無(wú)論不平衡源于何處绑谣，都需要去除一部分材料党窜，以消除不平衡量拗引，起到修正作用。另一種解決辦法是使用可調(diào)平衡刀具夾頭茧淮，用戶可通過(guò)調(diào)整徑向螺釘或平衡環(huán)來(lái)消除不平衡椿烂。在此情況下，需要確定工具夾頭不平衡的位置和大小着阿，而這就需要使用復(fù)雜的平衡檢測(cè)儀伍配。在某些情況下，車間最好使用來(lái)源可靠的茁帚、經(jīng)過(guò)預(yù)平衡的工具夾頭跨峡，并配套使用高質(zhì)量的切削刀具，與購(gòu)買(mǎi)和使用動(dòng)平衡儀相比娶痕，這樣性價(jià)比更高拦举。

　　不可忽視工具夾頭

　　許多事例表明，通過(guò)改善主軸適配性数截、同心度和平衡性能盐传，可以降低加工難度。從事模具制造的Gem Tool公司通過(guò)簡(jiǎn)單地將夾套系統(tǒng)由雙角設(shè)計(jì)更換為單角的DR20系列俗退，改善了同心度和換刀重復(fù)性漆粉，使刀具壽命和加工精度都得到了提高。波音公司在加工復(fù)合材料儀表板時(shí)满葛，由于刀具非常小径簿，幾乎不允許有不平衡引起的誤差，因此為轉(zhuǎn)速30000rpm的彈簧夾頭設(shè)計(jì)了特殊的突出部嘀韧，進(jìn)一步提高了夾頭的平衡性和同心度篇亭。另一個(gè)明尼蘇達(dá)州的制造商用單點(diǎn)金剛石刀片對(duì)幾十萬(wàn)個(gè)孔進(jìn)行單點(diǎn)鏜孔加工，孔的公差僅為0.0003in.（0.007mm）乳蛾。要通過(guò)多次自動(dòng)換刀完成如此高精度的加工操作暗赶，主軸的適配精度極其重要。

　　在上述加工實(shí)例中肃叶，有些屬于極端加工條件蹂随，有些則不是（如更換夾套系列）。關(guān)鍵在于因惭，如果沒(méi)有精確的主軸適配性岳锁、同心度和良好的動(dòng)平衡，要在這種極端條件下完成加工實(shí)際上是不可能的蹦魔。而將這些理念應(yīng)用于車間的日常加工中也大有裨益激率。精確的主軸適配性可提高批量加工零件的重復(fù)精度，在生產(chǎn)過(guò)程中易于保證公差唐故，從而降低加工成本鉴吞。高的同心度可使刀具每齒切削負(fù)荷均衡征拆，刀具壽命延長(zhǎng)，從而減少刀具費(fèi)用和輔助工時(shí)摹椅。良好的平衡能充分發(fā)揮機(jī)床的加工能力虫棕，提高工效，減少工時(shí)梦啊。

　　希望降低加工過(guò)程可變性的精密制造商應(yīng)認(rèn)真考慮高質(zhì)量工具夾頭的邊際成本差異车榆。良好的工具夾頭能夠在增加生產(chǎn)效率的同時(shí)減少刀具費(fèi)用和輔助工時(shí)。

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