隨著世界范圍的金融危機和針對減少CO₂排放量而提出的對策，再加上以中國為首的大規(guī)模新興經(jīng)濟圈的確立，制造業(yè)的生存環(huán)境正迎來一個大的變革期。機床制造商為了獲得高附加值，創(chuàng)造利潤和高效率，對技術(shù)開發(fā)投入了大量精力。與此同時，如何節(jié)約資源、降低能耗也成為一個重要課題，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)合加工機床。為了響應(yīng)降低能耗的號召，機床的小型化、輕量化以及相關(guān)的技術(shù)規(guī)范被制定為國際標(biāo)準(zhǔn)。

       本文將圍繞復(fù)合加工機床，對車銑復(fù)合加工機床接口委員會（ICTM）開發(fā)的HSK-T接口系統(tǒng)及其國際標(biāo)準(zhǔn)化，以及各種刀具接口技術(shù)進行說明。

       接口的重要性

       接口是指“性能不同的兩個器件之間的連接部分”，在機床中，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種接口的錐柄長度和ATC采用的法蘭形狀不同，因此在安裝時不能互換，在國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO7388-1/-2）中有各自的規(guī)定。近年來，機械加工業(yè)的競爭已經(jīng)打破了國界的局限，資源的有效利用變得不可或缺，實現(xiàn)接口的通用化已成為一個極為重要的課題。

       用于復(fù)合加工機床的接口開發(fā)

       （1）ICTM-HSK工具系統(tǒng)

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

       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，其宗旨是開發(fā)和推廣應(yīng)用“適用于復(fù)合加工機床的優(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。由此說明，在加工中心和復(fù)合加工機床上采用通用刀具接口是有可能實現(xiàn)的。

       針對HSK-A系統(tǒng)，ICTM-HSK工具系統(tǒng)將復(fù)合加工機床的刀具驅(qū)動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，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測值最大只有10μm，達到了非常高的精度。

       主要的工具制造商在復(fù)合加工機床上采用了這套系統(tǒng)，刀具接口實現(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)與國際標(biāo)準(zhǔn)化

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

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

       無可否認(rèn)，日本這次的標(biāo)準(zhǔn)提案有些突然。2005年1月，勉強通過了第1次國際投票，同年12月，工作組（ISO/TC29/WG33）在法蘭克福召開會議，對技術(shù)內(nèi)容進行審議。期間，雖然歐美代表提出了反對意見和其他提案，但由于對策資料準(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，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）。

       在國際標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，各國的利害關(guān)系相互牽制，ISO大會、工作組、國際投票等都如同邀請參與奧林匹克比賽一樣處于被動，而搶先得到德國和中國兩大工具制造大國的支持也起到了作用。

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

       復(fù)合加工機床用刀具接口的發(fā)展動向

       （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。

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

       利用復(fù)合加工機床的功能，使工具主軸與機床主軸同時旋轉(zhuǎn)，從而進行車削加工的方案也被提出。由于可以連續(xù)使用圓刀片全周長上的切削刃，使高速高效切削超級耐熱合金成為可能。此外，由于復(fù)合加工機床配置主軸的高自由度，因此要特別注意機床內(nèi)部的相互干涉和碰撞。針對這種情況，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，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稱形狀需要有專用的三維數(shù)據(jù)，制造商的應(yīng)對措施正在不斷改進。

       （2）銑削刀具接口

       復(fù)合加工機床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，有可能因為切削背分力較大而產(chǎn)生顫振波紋。在復(fù)合加工機床上，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，為了避免與其他部位發(fā)生干涉，必須使用加長刀具。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)動機和燃?xì)廨啓C相關(guān)零件的加工中，復(fù)合加工機床也得到重點使用。在這些加工中，除了采用上述超級耐熱合金難加工材料的加工方法以外，還必須在加工過程中通過中空主軸向刀具切削刃供給冷卻液。

       近來，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)合金刀具制造商對流量和強度進行分析后共同制定的（事實上已成為標(biāo)準(zhǔn)化的基準(zhǔn)），并由兩個以上制造商來推動其商品化進程。