隨著工具系統(tǒng)的逐步更新?lián)Q代及對機械環(huán)境的要求，當前國際上正風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了模塊化工具系統(tǒng)的制高點，大有取代7:24錐柄之勢。因7:24錐柄完全靠錐面定位，且體積大、轉速低、重復換刀時間長，已遠遠不能適應高精產(chǎn)品的加工。目前，國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Kennametal及德國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)”，而德國又于1993年正式頒布了DIN69893標準，即HSK工具柄標準，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)都分為手動和機動兩種，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盈配合，實現(xiàn)錐肩端面與錐面雙定位，因二者的結構不同，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動型刀具，用一個中心拉釘在后面緊固切削頭部模塊見圖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動型刀具。

    (a)鋼球鎖緊機構

    (b)卡簧鎖緊機構

    KM、HSK系統(tǒng)

    第一種KM結構，夾緊單元采用帶鎖緊的滾球滾道系統(tǒng)。通過旋轉轉矩螺釘拉桿沿徑向移動，將滾球頂進切削單元滾道中，滾道帶35°錐體，鋼球沿錐體帶動切削單元向夾緊單元移動，通過擠壓下的壓配合，達到雙定位。第二種HSK結構，采用卡簧機構，旋轉拉釘，利用導向套的移動引起卡簧的變形來實現(xiàn)雙定位。機動鎖緊即無需使用扳手，全自動快換工具系統(tǒng)具有刀具存儲的處理能力，通過激活機床控制系統(tǒng)的信號，即可實現(xiàn)刀具的快換。

    3特點

    相同點

    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，只有實現(xiàn)無間隙配合才能達到高的定位精度，而1:10短錐系統(tǒng)正是采用了這個原理。在足夠的拉緊力作用下，利用錐度的彈性變形產(chǎn)生過盈配合，實現(xiàn)端面和錐面雙定位，因此它的精度高，連接剛性好(見圖3)。

    重復定位精度高

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

    3.1.4換刀時間短

    根據(jù)實際測量，該系統(tǒng)的換刀時間僅為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，刀具可進行系統(tǒng)化管理，統(tǒng)一對刀、檢測。

    平衡性能穩(wěn)定

    短錐的設計原理力求穩(wěn)定的動態(tài)平衡，即接近高轉速和精度時，系統(tǒng)的平衡性能不變。

    內(nèi)冷卻系統(tǒng)

    內(nèi)冷卻機構的切削單元或帶內(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號柄為2.5～3.5N?m,產(chǎn)生徑向壓力2.8kN;100號柄的鎖緊力矩為181.6～242.7N?m,產(chǎn)生徑向壓力43.9kN。

    不同點

    傳遞扭矩方式不同

    CAPTO系統(tǒng)用三棱圓錐連接結構傳遞扭矩，實現(xiàn)無滑動地傳遞扭矩和力。與旋轉方向無關，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稱而均勻地分布，且接觸面較大，不會產(chǎn)生應力峰值現(xiàn)象。振動變形小，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，滑動傳遞扭矩和力，對旋轉方向有選擇性。

    結構繁簡不一

    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，其結構簡單；而KM、HSK采用鋼球配以滑動軌道鎖緊并傳遞扭矩，結構涉及的零部件較多，相對來講比較復雜。

    加工難度不同

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

    而KM、HSK結構中的卡簧與鋼球滑道的加工都存在一定的困難，其中對卡簧的材質(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計，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結束語

    實踐證明，KM、HSK及CAPTO系統(tǒng)在近二十余年的使用過程中，非常出色地應用在車削、鉆削、鏜削及銑削等加工領域，為提高產(chǎn)品的精度起到了一定作用�，F(xiàn)在國際上已正式把1:10短錐系統(tǒng)列為國際標準，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)領導21世紀工具系統(tǒng)的新潮流。