隨著世界范圍的金融危機(jī)和針對(duì)減少CO₂排放量而提出的對(duì)策，再加上以中國(guó)為首的大規(guī)模新興經(jīng)濟(jì)圈的確立，制造業(yè)的生存環(huán)境正迎來(lái)一個(gè)大的變革期。機(jī)床制造商為了獲得高附加值，創(chuàng)造利潤(rùn)和高效率，對(duì)技術(shù)開發(fā)投入了大量精力。與此同時(shí)，如何節(jié)約資源、降低能耗也成為一個(gè)重要課題，受到人們的重視。為了獲得高附加值，人們開發(fā)上市了五軸加工中心和復(fù)合加工機(jī)床。為了響應(yīng)降低能耗的號(hào)召，機(jī)床的小型化、輕量化以及相關(guān)的技術(shù)規(guī)范被制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

       本文將圍繞復(fù)合加工機(jī)床，對(duì)車銑復(fù)合加工機(jī)床接口委員會(huì)（ICTM）開發(fā)的HSK-T接口系統(tǒng)及其國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化，以及各種刀具接口技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明。

       接口的重要性

       接口是指“性能不同的兩個(gè)器件之間的連接部分”，在機(jī)床中，主軸與刀具之間的連接至關(guān)重要。

       在日本，經(jīng)常使用被稱為BT刀柄的7/24錐度接口，在歐美也有同樣規(guī)格的接口。由于其中3種接口的錐柄長(zhǎng)度和ATC采用的法蘭形狀不同，因此在安裝時(shí)不能互換，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO7388-1/-2）中有各自的規(guī)定。近年來(lái)，機(jī)械加工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)打破了國(guó)界的局限，資源的有效利用變得不可或缺，實(shí)現(xiàn)接口的通用化已成為一個(gè)極為重要的課題。

       用于復(fù)合加工機(jī)床的接口開發(fā)

       （1）ICTM-HSK工具系統(tǒng)

       從20世紀(jì)90年代后期開始，可在一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)進(jìn)行銑削和車削加工的復(fù)合加工機(jī)床由日本機(jī)床制造商作為一種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型推向市場(chǎng)，迄今，這種絲毫不遜色于加工中心、CNC車床的先進(jìn)機(jī)床已為世人所熟知。

       為了順應(yīng)技術(shù)發(fā)展潮流，2001年1月，8家工具系統(tǒng)制造商、9家硬質(zhì)合金切削刀具制造商共同成立了ICTM委員會(huì)，其宗旨是開發(fā)和推廣應(yīng)用“適用于復(fù)合加工機(jī)床的優(yōu)質(zhì)接口”。

       ICTM以確保世界范圍內(nèi)的制造商可以自由制造、銷售開放標(biāo)準(zhǔn)的接口系統(tǒng)作為基本方針，保證了新型接口的順利開發(fā)。2002年10月，ICTM-HSK接口系統(tǒng)正式面世。

       ICTM-HSK是一種車削工具系統(tǒng)，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO-12164-1/-2）規(guī)定的、目前全球普遍使用的HSK-A銑削工具系統(tǒng)可以通用。由此說(shuō)明，在加工中心和復(fù)合加工機(jī)床上采用通用刀具接口是有可能實(shí)現(xiàn)的。

       針對(duì)HSK-A系統(tǒng)，ICTM-HSK工具系統(tǒng)將復(fù)合加工機(jī)床的刀具驅(qū)動(dòng)主軸與車削刀具夾持槽嵌入部分（側(cè)面特定位置）的公差精確到了微米級(jí)，使車削刀具刀尖位置的精度大幅提高。利用ATC所得到的車刀刀尖位置在高度上的誤差實(shí)測(cè)值最大只有10μm，達(dá)到了非常高的精度。

       主要的工具制造商在復(fù)合加工機(jī)床上采用了這套系統(tǒng)，刀具接口實(shí)現(xiàn)通用化使制造商的選擇范圍變得更加寬泛。

       （2）HSK-T系統(tǒng)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化

       ICTM-HSK系統(tǒng)發(fā)布后，與日本國(guó)內(nèi)外的制造商和用戶進(jìn)行了積極合作。2004年末，對(duì)由德國(guó)提出的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)劣進(jìn)行了審議。

       為此，成立了ISO（ICTM-HSK）國(guó)內(nèi)對(duì)策委員會(huì)（主辦單位：社團(tuán)法人日本工具機(jī)械工業(yè)會(huì)），并以“HSK-T（T是旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)稱）”的名稱于2005年1月向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提出了ICTM-HSK系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化提案。該國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)6道程序和4次國(guó)際投票，才最終制定完成。

       無(wú)可否認(rèn)，日本這次的標(biāo)準(zhǔn)提案有些突然。2005年1月，勉強(qiáng)通過(guò)了第1次國(guó)際投票，同年12月，工作組（ISO/TC29/WG33）在法蘭克福召開會(huì)議，對(duì)技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行審議。期間，雖然歐美代表提出了反對(duì)意見和其他提案，但由于對(duì)策資料準(zhǔn)備充分，日本提出的提案最終作為標(biāo)準(zhǔn)草案得到采用。其后的第2次和第3次投票均順利通過(guò)，2008年11月，HSK-T系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定公諸于世（第4次投票省略）。

       在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程中，各國(guó)的利害關(guān)系相互牽制，ISO大會(huì)、工作組、國(guó)際投票等都如同邀請(qǐng)參與奧林匹克比賽一樣處于被動(dòng)，而搶先得到德國(guó)和中國(guó)兩大工具制造大國(guó)的支持也起到了作用。

       2008年秋，新的HSK-T委員會(huì)在歐洲設(shè)立，30多家各國(guó)制造商和企業(yè)組織參加了新的委員會(huì)，加速了該國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的普及速度。

       復(fù)合加工機(jī)床用刀具接口的發(fā)展動(dòng)向

       （1）車削刀具接口

       車削刀具接口與直接安裝不重磨刀片的塊狀刀具接口有很大不同，它是用于安裝棱形桿（車刀桿）和圓形桿（鉆頭桿）的分體型刀具接口。

       對(duì)于廣泛適用的外徑及端面加工用刀具接口，機(jī)床主軸端的刀具突出部分逐漸變短，剛性也隨之增強(qiáng)。復(fù)合加工機(jī)床的工具主軸每隔120°更換刀具，從而實(shí)現(xiàn)了工程集約化的旋轉(zhuǎn)工具系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商品化。

       利用復(fù)合加工機(jī)床的功能，使工具主軸與機(jī)床主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行車削加工的方案也被提出。由于可以連續(xù)使用圓刀片全周長(zhǎng)上的切削刃，使高速高效切削超級(jí)耐熱合金成為可能。此外，由于復(fù)合加工機(jī)床配置主軸的高自由度，因此要特別注意機(jī)床內(nèi)部的相互干涉和碰撞。針對(duì)這種情況，刀具制造商和CAD/CAM開發(fā)企業(yè)共同參與開發(fā)了三維模型數(shù)據(jù)的模擬系統(tǒng)。另外，銑削工具系統(tǒng)在DXF數(shù)據(jù)中模擬旋轉(zhuǎn)時(shí)，可能生成類似圓柱形狀的模型，因此，車削刀具接口這類非對(duì)稱形狀需要有專用的三維數(shù)據(jù)，制造商的應(yīng)對(duì)措施正在不斷改進(jìn)。

       （2）銑削刀具接口

       復(fù)合加工機(jī)床70%以上的加工都是銑削工序，因此，銑削刀具接口的選擇非常重要。五軸加工中心所使用的刀具接口基本上都適用。

       在三維形狀工件的加工中，球型切削刀具雖然比較有效，但在加工薄壁工件時(shí)，有可能因?yàn)榍邢鞅撤至^大而產(chǎn)生顫振波紋。在復(fù)合加工機(jī)床上，可以將B軸傾斜，使切削力向軸向分散，從而使高效加工成為可能。

       在加工復(fù)雜形狀和縱深部位時(shí)，為了避免與其他部位發(fā)生干涉，必須使用加長(zhǎng)刀具。方法之一是在高剛性硬質(zhì)合金刀桿上利用高精度螺紋安裝連接刀頭。在日本和歐洲的制造商中，螺紋接頭的使用相當(dāng)廣泛，因此互換使用的可能性較大（雖然工具供應(yīng)商大多會(huì)推薦自己的組合刀具）。此外，從根部至端部形成一定曲面而具有高剛性的加長(zhǎng)型熱裝刀具也非常有效。與裝有180°以上切削刃刀頭的立銑刀相配合，使高附加值加工成為可能。

       在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)零件的加工中，復(fù)合加工機(jī)床也得到重點(diǎn)使用。在這些加工中，除了采用上述超級(jí)耐熱合金難加工材料的加工方法以外，還必須在加工過(guò)程中通過(guò)中空主軸向刀具切削刃供給冷卻液。

       近來(lái)，能與刀具冷卻液通道口相連接、具有供液回路的FMH端面銑削接口得到了迅速普及。與ICTM一樣，這種接口標(biāo)準(zhǔn)也是由日本工具系統(tǒng)制造商和硬質(zhì)合金刀具制造商對(duì)流量和強(qiáng)度進(jìn)行分析后共同制定的（事實(shí)上已成為標(biāo)準(zhǔn)化的基準(zhǔn)），并由兩個(gè)以上制造商來(lái)推動(dòng)其商品化進(jìn)程。