数控刀具常用工具锥柄标准简介

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    随着数控机床的广泛使用，与之配套的数控刀具使用量也在不断增加。由于我国多年来从不同国家引进了大量数控机床，而这些机床采用的工具锥柄标准不尽相同，这就给用户（尤其是刚接触数控金切机床的新用户）选用数控刀具带来一些困难和问题。本文就一些相关标准作一简要介绍，希望有助于增加读者对数控刀具常用工具锥柄标准的了解和掌握。  
    目前，数控铣床和镗铣加工中心使用最多的仍是7∶24工具锥柄。但在高速加工机床上，1∶10空心短锥柄的使用正日益增多。对于车削中心和车铣中心，则以1∶10短锥柄使用较多（车削中心使用的CZG圆柱柄工具系统不属本文讨论范围）。 
    自动换刀机床常用的7∶24工具锥柄标准主要有：中国国家标准GB 10944－89“自动换刀机床用7∶24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄”；国际标准ISO 7388/1：1983（40、45和50号工具锥柄）和ISO 7388/3：1986（30号工具锥柄）；德国标准分DIN 69871－1：1995（30、40、45、50和60号工具锥柄）和DIN 69871－2（40、45、50、55和60号工具锥柄）两种；日本现行标准为JIS B 6339：1998（30、35、40、45、50、55和60号工具锥柄），用于代替日本工作机械工业会标准MAS－403：1975（40、45、50和60号工具锥柄）；美国现行标准为AMSE B5.50－1994（30、40、45、50和60号工具锥柄），用于代替ANSI/AMSE B5.50－1985标准。 
    手动换刀用7∶24工具锥柄的常见标准有国家标准GB 3837.3－83和国际标准ISO 297－82，以及机械行业标准JB 3381.1－83。 
    1∶10空心工具锥柄目前已有国家标准GB 19449.1－2004“带有法兰接触面的空心圆锥接口第1部分：柄部—尺寸”。它等同采用了国际标准ISO 12164－1：2001的内容。原德国标准DIN 69893－1：1996已被新的标准DIN 69873－1：2003代替，新的德国标准也等同采用了国际标准ISO 12164－1：2001的内容。其它常见结构的1∶10工具锥柄基本采用企业标准，具有垄断性，如美国肯纳公司的KM型系列、瑞典山特维克公司的Capto系列、德国瓦尔特公司的NOVEX系列等。 
    自动换刀机床用7∶24工具锥柄的中国国家标准GB 10944－89是参照采用国际标准ISO 7388/1：1983制定的，除对极个别项目数据进行了圆整（如尾部螺纹底孔深度13）或未规定数据（如法兰上的键槽根底倒角）外，其它数据完全相同。而国际标准ISO 7388/1：1983又是参照德国标准DIN 69871－1的A型工具锥柄制定的，所以这三个标准的外形尺寸相同。在国内，其工具锥柄的代号为“JT”。其特征是：法兰厚度较小；有一装刀用的定位缺口；两个端键槽为不对称分布。 
    自动换刀机床用7∶24工具锥柄在德国标准DIN 69871－1中分为A型、AD型和B型三种：A型为螺纹底孔不通的；AD型为螺纹底孔贯通的；B型为法兰端面供水的。而DIN 69871－2则只有C型一种，为双平行法兰、无V型槽的，现在已很少采用。其工具锥柄代号虽然标准中未作规定，但在德国其代号通常称为“SK”。  
    自动换刀机床用7∶24工具锥柄的日本标准JIS B 6339：1998虽已替代了日本工作机械工业会标准MAS－403：1975，但由于其主要外形尺寸相同，对使用基本没有影响，所以在不少制造商的样本上仍然标注MAS－403标准代号，而未标注JIS B 6339。但应注意，这两个标准所用的拉钉是不同的。其工具锥柄代号为“BT，特征为：法兰厚度较大；V型槽非对称分布，靠近工作部分一侧；两个端键槽对称分布；端键槽不铣通。 
    自动换刀机床用7∶24工具锥柄的美国标准AMSE B5.50－1994已替代了ANSI/AMSE B5.50－1985，同样，由于外形尺寸相同，很多制造商在样本上仍标注ANSI/AMSE B5.50，或只标注ANSI。其工具锥柄代号虽然标准中未作规定，但通常称为“CAT”，其特征为：法兰厚度较小；两个端键槽为非对称分布；在一个端键槽的底面上钻有识别孔，用于刀具定位。其尾部螺纹应为UNC制螺纹，国内制造商为方便用户使用，改为对应的公制螺纹，其它尺寸不变。 
    手动换刀用7∶24工具锥柄的中国国家标准GB 3837.3－83是等同采用国际标准ISO 297－82制订的，其特征为：法兰上无V型槽，两个端键槽为对称分布，锥柄小端带圆柱尾，工具锥柄部分的长度较大。在国内，其工具锥柄代号为“ST”。用于通用铣床。  
    手动换刀用7∶24工具锥柄的机械行业标准JB 3381.1－83是用于无机械手和刀库的数控铣床的工具锥柄。其特征为：法兰上无V型槽，两个端键槽对称分布，锥柄小端不带圆柱尾。在国内，其工具锥柄代号也为“ST”，因此很容易与带圆柱尾的7∶24工具锥柄相互混淆，因此用户在订货时必须说明是否带圆柱尾（哈量集团样本规定为“WST”，以示区别）。虽然该标准已被国家标准GB 10944－89替代，但用户仍有需求，因此建议在以后的标准修订或制定时，解决该标准的合法性及其工具锥柄代号命名问题。 
    除带圆柱尾的手动换刀用7∶24工具锥柄不用拉钉外，上述其它7∶24工具锥柄均需安装拉钉才能使用，其外形尺寸取决于所采用的标准。 
    国家标准GB 10945－89“自动换刀机床用7∶24圆锥工具柄部40、45和50号圆锥柄用拉钉”是参照国际标准ISO 7388/2－1984制订的，外形尺寸相同，分为A型和B型两种：A型拉钉的拉紧面斜角为15°，用于不带钢球的拉紧装置，代号为“LDA”；B型拉钉的拉紧面斜角为45°，用于带钢球的拉紧装置，代号为“LDB”。二者均带贯通孔，用于冷却液流通。 
    德国标准DIN 6988－1987的拉钉有A型和B型两种，A型带贯通孔；B型不带贯通孔，但有密封圈用环形槽，以防止冷却液从尾部泄漏。两种拉钉的拉紧面斜角均为15°，用于不带钢球的拉紧装置。 
    日本标准JIS B 6339：1998的拉钉只有一种型式，拉钉的拉紧面斜角为15°，用于不带钢球的拉紧装置，代号为“xxP”。日本工作机械工业会标准MAS－403的拉钉则有Ⅰ型和Ⅱ型两种：Ⅰ型拉钉的拉紧面斜角为30°，用于不带钢球的拉紧装置；Ⅱ型拉钉的拉紧面斜角为45°，用于带钢球的拉紧装置。使用时应注意，这两种拉钉的头部长度比JIS B 6339：1998标准的拉钉头部直径小，颈部长度长，其代号为“PxxT”。 
    美国标准AMSE B5.50－1994的拉钉只有一种型式，拉钉的拉紧面斜角为45°，且凸缘与螺纹之间无定心圆柱。螺纹应为UNC制螺纹，国内制造商为方便用户使用，也改为对应的公制螺纹，其它尺寸不变。 
    1∶10空心短圆锥柄的国际标准ISO 12164－1：2001基本采用了德国标准DIN 69873－1的方案。主要不同之处是：将柄部锥度由1∶10改为1∶9.98，以确保锥柄与安装孔配合时大端直径先接触；只规定了大端直径的理论正确尺寸，取消了大、小端直径及其公差；取消了大、小端直径间的距离尺寸；改变了尾部端键槽倒圆角的标注方法；在规范性附录中规定了锥柄与法兰端面的空刀槽的型式和尺寸；在资料性附录中建议了平衡区域。遗憾的是没有规定锥柄的锥度公差和大端直径公差。它分为A型和C型两种：A型用于自动或手动换刀；C型只能用于手动换刀。由于采用锥面和端面双重定位，轴向和径向定位精度较高；通过尾端的键与锥面、端面的摩擦传递扭矩大；锥柄长度短、重量轻、换刀快；由于适合高速机床使用，因此得到迅速推广。 
    虽然美国肯纳公司的KM型1∶10空心短圆锥柄出现较早，但由于存在结构和工艺缺陷，因此未能被采用为ISO标准，目前在数控车床上应用较多。 
    瑞典山德维克公司的Capto系列、德国瓦尔特公司的NOVEX系列等属于企业性标准，其应用有一定局限性，在此不作介绍。