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高速加工工具系统
（程学亮 研机制12 s1203006）
摘要：本文介绍了高速加工的技术特点以及国内外高速加工工具系统的开发与研究情况。此外，还介绍了高速加工工具系统的结构，并着重介绍了HSK工具系统的性能、力学模型、动平衡。最后指出了高速加工工具系统存在的问题以及今后的研究方向。
关键字:高速加工; 系统结构； 系统性能；力学模型；动平衡

1引言
随着科学技术的发展，机械制造技术朝着高速、低消耗、优质和高精度的方向迈进。高速加工与精密加工、高能束加工、柔性自动化加工一起，构是成了当今机械制造中的四大先进制造技术。高速加工工具系统是高速加工机床的重要组成部分，其性能直接影响高速加工的质量与效率，收到了各国机械工程界和相关学者的高度重视。为了提高制造业在国际市场的竞争力，世界各国，特别是发达国家投入了大量人力物力用于研究、开发适于高速加工的工具系统。
高速加工是一个动态概念，其中高速切削是高速加工的一个重要组成部分，它主要有一下特点：
（1） 能获得较高的加工精度。
（2） 能获得较高的加工表面完整性。
（3） 加工能耗低、节省制造资源。
（4） 能有效抑制切削振动的影响，降低加工表面粗糙度。
（5） 能加工各种难加工材料。
（6） 降低加工成本。
目前高速加工已广泛应用于飞机和航空制造业，汽车、模具制造业 ，精密机械工业等。
高速加工是制造技术中的一项新技术，应用领域广，对制造业的影响大，它是新材料技术、计算机技术、控制技术和精密制造技术等多项综合应用发展的结果。高速加工的关键技术为：
（1） 高速切削机理。
（2） 高速切削刀具技术。
（3） 高速切削机床技术。
（4） 高速切削工艺技术。
（5） 高速加工的测试技术。
其中，高速机床是实现高速加工的基础，主要包括：
（1） 高速主轴单元。
（2） 高速进给系统。
（3） CNC控制系统。
（4） 高速刀具与机床接口技术。
高速加工工具系统包括主轴、刀柄、刀具和加紧机构等，它的核心是连接刀柄。工具系统的性能对加工质量、生产效率、刀具寿命、加工成本都有很大的影响。由于传统的工具系统结构并没有考虑到高速加工时离心力的影响，导致它在精度、刚度、刀具装卸、安全性等方面产生了一系列问题，严重地影响了高速加工质量、稳定性和安全性，因此，开发出适用于高速加工的新型工具系统是高速加工中必须解决的一个关键问题。
半个多世纪以来，传统的BT工具系统在机械加工中发挥了重要作用。但随着加工精度和加工效率的提高，特别是高速加工技术的的应用，传统的BT刀柄已无法适应现代机械加工的要求。目前，在国际工具系统市场上影响较大的高速工具系统有：德国开发的HSK工具系统;日本日研公司研发的NC5工具系统；瑞典 SANDVIK COROMANT 公司研发的CAPT 工具系统等。这些工具大都采用了端面和锥面同时加紧的两面夹紧式工作方式。在众多的高速加工工具系统中，机械工程专家和学者都普遍认为德国开发的HSK工具系统系能优良，具有动静刚度高、定位精度好、允许转速高等特点。到目前为止，一共有6种型号的HSK工具系统，结构图如1-1所示。这六种型号的HSK刀柄共同的结构特点是：
（1） 空心、薄壁、短锥，锥度为1:10；
（2） 端面与锥面同时定位加紧，刀柄在主轴中的定位为过定位；
（3） 使用由内向外的外涨式加紧机构。

图1-1 6种HSK刀柄结构图
2 高速加工工具系统结构
2.1 基本功能要求
高速加工工具系统的基本功能是保证刀具在机床中的准确定位，并在高速加工时保持不变，同时传递加工时所需要的运动和动力。
为实现高速加工工具系统的基本功能，对应提出以下5个方面的要求：
（1） 定位精度。
高速加工对工具系统的动平衡精度要求很高。刀柄的定位精度包括径向定位精度和轴向定位精度。
（2） 动力的传递能力
切削加工时刀具受到各种力的作用，这些力包括轴向力、径向力、弯矩、扭矩等，这些力最终都由工具系统来传递和承受。
（3） 传递高速运动的能力
传递高速运动的能力是区分高速加工工具系统与普通工具系统的一个重要标志。由于高速加工时主轴的转速很高，工具系统受到巨大党的离心力作用，必须考虑离心力引起的零部件的变形对其功能的影响。
（4） 高刚度和阻尼特性
工具系统在传递和承受各种作用力的同时将产生变形，将使加工过程中刀具的位置发生变化，一些零件的加工精度和表面质量降低，缩短刀具的使用寿命，因此高速加工工具系统应该有较高的刚度特性。工具系统的刚度包括静刚度和动刚度。静刚度是动刚度的基础。
（5） 介质的传递能力
精密、高效、自动化室现代加工技术的重要特征。精密高效的切削加工对切削液的依赖越来越高，而加工过程的自动化离不开加工过程中各种信号的传递与控制。
2.2 辅助功能要求
1）对加工环境具有良好的适应性
（1）抗化学腐蚀性能。
（2）热变形补偿能力。
（3）抗污能力。
（4）过载保护能力。
2）操作方便
（1） 便于换刀。
（2）便于预调刀具的调整和使用。
（3）便于刀具的识别。
（4）便于易损件的更换。
2.3 高速加工工具系统截面形状
2.3.1 高速加工工具系统的纵截面形状
工具系统的连接功能实际上是实现刀柄在主轴中的准确定位。对于旋转刀具，一般需要限制刀具的5个自由度，而绕主轴的转动自由度可以不限制。工具系统的定位方案是由其轴向纵截面结构决定的。图2-1为常见工具系统纵截面的形状的方案，其中图2-1(a)～图2-1（d）中各刀柄为柱体表面，图2-1（e）～2-1（h）中各刀柄为锥体表面。

图2-1常见工具系统纵截面

由于受到制造技术的限制，早期的刀柄主要采用2-1（a）与2-1（c）方案，但柱面刀柄存在刀柄装卸不方便，刀柄径向磨损后没有自补偿能力，不可重磨锥面的缺点。随着制造技术的发展，现代机床上一般都使用锥面刀柄。锥面刀柄的最大的优点是刀柄装卸方便，径向定位精度高，刀柄径向磨损后具有自补偿能力，精度保持性好，锥面可重磨。而增加端面接触可以提高刀柄的轴向定位精度与刚度，也可以使刀柄的径向刚度得到提高。
2.3.2 高速加工工具系统的横截面形状
工具系统扭矩的传递能力与刀柄的横截面的形状有关系。如果工具系统采用了端面定位，那么工具系统动力的传递能力还与刀柄端面的结构有关。通常采用的刀柄的横截面的形状如图2-2.

图2-2 常见的刀柄横截面形状

2.3.3 高速加工工具系统的截面形状的最佳组合
通过对工具系统纵截面和横截面的特性分析，可以得到工具系统的几种截面的最佳组合方式。目前，主要的工具系统的纵截面都采用锥面形状，其主要的原因是锥面的加工工艺较好，定心精度高，精度保持性好，最面磨损后具有自补偿能力。为了是工具系统具有良好的制造工艺性，工具系统的横截面一般为圆形，如图2-3（a）～2-3（e）所示。由于圆截面本身没有传递扭矩的能力，因此一般在刀柄尾部设置传递扭矩的键槽（如图2-3（b）和2-3（c））或端面设置传递扭矩的键槽（如图2-3（e）和2-3（f））。由于传递扭矩的键局部受到较大的应力，容易发生磨损和损坏，这会增加使用、维护的成本。

图2-3 各种圆锥面结构工具系统

2.3.4 高速加工工具系统最佳截面形状的设计
传统的BT工具系统广泛应用于普通切削加工的机床中，但无法应用于高速切削加工。图2-4 是高速加工时BT工具系统的工作状况示意图。

图 2-4 高速加工时BT工具系统的工作状况示意图

高速切削加工时，主轴工作转速每分钟达数万转，在巨大的离心力作用下主轴孔的膨胀量比实心的刀柄大，由此产生以下问题：
（1） 由于主轴孔和刀柄膨胀差异，刀柄与主轴的接触面积减小，工具系统的径向刚度、定位精度下降；
（2） 在加紧机构拉力的作用，刀柄将内陷主轴孔，轴向精度下降，加工尺寸甚至无法控制；
（3） 机床停车后，内陷主轴孔内的刀柄将很难拆卸。
由于BT工具系统仅采用锥面定位、加紧，这种结构还存在以下缺点：
(1) 换刀重复精度低；
(2) 连接刚度低、扭矩传递能力低；
(3) 尺寸大、重量重，换刀时间长。
为了解决上述问题，高速加工工具系统在结构上应采取措施如下：
（1） 刀柄的横截面采用中空薄壁结构，以便减少由于离心力而产生的与主轴孔和刀柄的膨胀差异，保证刀柄在主轴孔的可靠定位。
（2） 采用具有端面定位的工具系统的结构。由于刀柄端面的支撑作用，可以防止在高速加工时由于主轴孔与刀柄的膨胀差异而产生的刀柄轴向窜动，提高刀柄的轴向定位精度和刚度。
综上所述，为了满足高速加工的要求，工具系统应优先采用具有端面定位的空心短锥结构。图2-5为3种代表性的高速加工工具系统的刀柄。

图2-5 三种代表性的高速加工工具系统的刀柄

2.4高速加工工具系统的加紧机构
为了充分发挥工具系统的性能，必须配备一个高效加紧机构，通过加紧机构提供足够大的夹紧力，保证刀柄端面和主轴端面之间可靠的接触。夹紧力大小必须满足两方面的要求;
(1) 克服刀柄椎体与主轴孔之间因过盈配合而产生的阻力，使刀柄锥面与主轴锥面可靠的接触。
(2) 保证足够大的拉紧力作用在刀柄端面和主轴端面之间，保证它们之间可靠的接触，这部分拉紧力应占总有效拉紧力的70%以上。
一个完整的高效加紧机构应具备5方面党的功能。
（1） 产生夹紧力；
（2） 控制夹紧力；
（3） 维持夹紧力；
（4） 放大夹紧力；
（5） 传递夹紧力。

2.4.1 常用的加紧机构特点分析
对应用于高速加工的具有端面定位的空心短锥结构的工具系统，一般使用内涨式的加紧机构。如图2-6所示的3种加紧机构。

图 2-6 3种典型的夹紧机构

以第一种加紧机构为例进行分析。图2-6（a）的加紧机构是利用短滑块斜楔进行夹紧力的传递、放大的，夹紧力的过程如图2-7所示。

图 2-7 夹紧力的传递过程

2.4.2 HSK工具系统加紧机构
1 定位原理
图2-8 是HSK工具系统的工作原理是以图。HSK刀柄在机床主轴上安装时，空心短锥柄在主轴孔内起定心作用，当空心短锥柄与主轴锥孔完全接触时，HSK刀柄法兰面与主轴端面之间还存在0.1mm的间隙。在加紧机构的作用下，拉杆向左移动，拉杆前端的锥面将夹爪径向涨开，夹爪的外锥面随后顶在空心短锥柄内孔的锥面上，拉动HSK刀柄向左移动，空心短锥柄产生弹性变形，使刀柄端面与主轴端面靠近，实现了刀柄与主轴锥面与主轴端面两面同时定位和夹紧。松开刀柄时，拉杆向右移动，弹性夹头离开刀柄内锥面，拉杆前端将刀柄推出，即可卸下刀柄。

图2-8 HSK工具系统的工作原理图

HSK刀柄的径向位置精度是由锥面配合性质决定的。由于刀柄锥面与主轴锥孔之间是过盈配合的，因此可以达到很高的径向定位精度，HSK刀柄的径向定位精度可以控制在0.25um。HSK刀柄角向位置精度是由锥面和端面同时决定的，端面可以纠正刀柄锥面安装不正引起的角向位置误差，这对提高长悬臂导杆角向位置、进而提高径向重复定位精度非常有利。
2 夹紧力分析
高速加工时HSK刀柄受到的夹紧力是由两部分组成的，一部分是拉杆原始动力提供的夹紧力，称之静态夹紧力，另一部分是由离心力提供的，称之为动态夹紧力。
1） 静态加紧力
假设拉杆提供的原始动力为 ，则产生对HSK刀柄的轴向和径向夹紧力分别为
静态夹紧力用于克服刀柄椎体与主轴孔之间因过盈配合而产生的阻力以及拉紧刀柄端面和主轴端面。

2） 动态夹紧力
当HSK工具系统处于高速加工状态时，夹爪将受到巨大的离心力作用。离心力将推动夹爪径向移动，通过刀柄内部斜面作用，产生对刀柄的轴向和径向加紧力。
离心力产生的对HSK刀柄的轴向和径向动态加紧力分别为

外涨式夹头受到的离心力可表示为

3） 总的加紧力
HSK刀柄受到的径向和轴向总的加紧力分别为

若
由上式可知，拉杆原始动力产生的轴向夹紧力大约是原始力的3.68倍，加紧效率比较高。

3 .HSK工具系统性能
3.1 HSK工具系统定位精度
定位精度是工具系统的一项主要性能指标，它对切削加工精度和质量有重要影响。高速加工中HSK工具系统的定位精度主要包括轴向定位精度和径向定位精度。
3.1.1 轴向定位精度
HSK 刀柄轴向定位精度特性完全得益于采用双面定位加紧的工作方式。适当的夹紧力对保证HSK工具系统的轴向定位精度是必要的，但当夹紧力大于克服锥面的摩擦阻力所需的加紧力时，增大夹紧力并不能明显提高其轴向定位精度。
3.1.2 轴向定位精度
HSK-A型是由后端传递扭矩的键槽来实现径向、轴向定位的。旋转类刀具对周向定位精度没有特别要求，但对于固定刀具，要求具有较高周向定位精度，否则会影响刀具的位置，从而影响价格零件尺寸精度
、
3.2 HSK工具系统刚度

刀柄主轴之间的联接刚度是工具系统的另一个重要的性能参数，它对加工质量、承载能力、刀具寿命有直接影响。工具系统的联接刚度包括轴向刚度、径向刚度和扭转刚度。
3.2.1 轴向刚度

1.轴向刚度的测量方法
图3-1为轴向刚度的测试系统图。为了对刀柄进行轴向刚度的测试，需要在刀柄轴向施加一个轴向载荷。为此，在试验台上安装了一个载荷底座，并在刀柄前端设置了一段加力螺杆。拉伸载荷通过压力传感器测得。为了测量刀柄的轴向位移，在刀柄后部安装了一个测量盘，测量盘上安装了2个电感式位移传感器，取两个测量点位移的平均值作为刀柄的轴向位移。测量两点的位移并取它们的平均值矫正，可以减小因刀柄倾斜而产生的轴向位移的测量误差。

图3-1 轴向刚度的测试系统图
HSK工具系统其轴向位移分三个阶段：
第一阶段：高刚度阶段。HSK工具系统采用的是端面和锥面同时加紧的工作方式和外涨式加紧机构，由于主轴和刀柄端面被预先加紧，当轴向载荷较小时，轴向位移主要是主轴和刀柄前端的弹性回复变形产生的，而主轴和刀柄的前端较大，轴向位移很小，刚度很高。
第二阶段：过度阶段。当轴向载荷较大时，主轴和刀柄端面分离，由于刀柄椎体和主轴孔直接存在摩擦阻力，轴向位移主要是由刀柄后端的空心薄壁椎体逐渐变形引起的。随着载荷的逐渐增大，摩擦阻力被逐渐克服，空心薄壁椎体的变形将逐渐增大，系统的轴向刚度将逐渐减小。
低三阶段：低刚度阶段。当轴向载荷继续增大时，刀柄内部斜面将使加紧爪瓣径向移动，实卡干产生轴向变形。由于拉杆的刚度较差，所以这时的系统的轴向刚度急剧下降。

3.2.2径向刚度
与轴向刚度和扭转刚度相比，工具系统的径向刚度较低，它对加工质量、生产率、刀具寿命影响更大，因此径向刚度特性是工具系统研究的重点内容。
1. 径向刚度标准化
图3-2所示为径向刚度测量系统图。工具系统的径向刚度定义为：

图 3-2 径向刚度的测量示意图

但是按这种方法测量存在一定问题：
（1） 所测得的位移是刀杆、接口和主轴三者的位移之和。
（2） 径向刚度与测量点的位置有关系。即使是对同一种工具进行测试，由于测试点的位置不同，得到的刚度曲线和刚度也会有很大差异。
为了对不同的工具系统的纯接口刚度进行比较，必须消除这两个问题所导致的刚度差异，因此有必要引入一个标准径向刚度，且式中的M为作用在刀柄上的弯矩，为刀柄的转角。

图3-3为标准径向刚度的测量示意图，在刀柄上安装一个测量环，分别测量环上相距d的两点相对主轴端面的位移，可以间接得到刀柄的转角。作用在刀柄上的弯矩M和转角分别为：

图3-3 标准径向刚度的测量示意图

引入标准径向刚度后，得到如图3-4所示，在不同测量点测得的标准径向刚度曲线几乎完全重合，说明标准径向刚度与测量点位置无关。

图3-4 HSK-A100标准径向刚度曲线
HSK工具系统径向刚度变化分三个阶段：
第一阶段：高刚度阶段。当轴向载荷较小时，端面倾斜变形主要是主轴和刀柄端面接触变形以及主轴和刀柄前端的弹性变形产生的，而主轴和刀柄前端直径较大，端面倾斜变形很小，刚度很高。
第二阶段：过渡阶段。当径向载荷较大时，主轴和刀柄端面分离，端面的支撑作用减小。由于椎体与主轴孔直接存在摩擦阻力，将阻止空心薄壁椎体变形引起端面倾斜。随着径向载荷增大，摩擦阻力逐渐被克服，空心薄壁椎体的变形将逐渐增大，端面倾斜变形增大，系统的径向刚度逐渐减小。
第三阶段：低刚度阶段。当径向载荷继续增大时，刀柄内部的斜面将使加紧爪瓣径向移动，使拉杆产生轴向变形。由于拉杆的刚度差，所以这时刀柄端面倾斜变形加剧，系统的径向刚度急剧下降。
3.2.3 扭转刚度
工具系统的扭转刚度直接影响工具系统的使用性能。图3-5为HSK工具系统和BT工具系统的扭转刚度曲线对比图。HSK工具系统的扭转刚度比同规格的BT工具系统的扭转刚度
图3-5 HSK工具系统的扭转刚度曲线对比图

HSK工具系统的扭转刚度之所以高，有两方面的原因;
(1) HSK刀柄的锥部尺寸较大。虽然HSK刀柄的锥部是空心薄壁结构，但它的直径较大，而扭转刚度与直径的4次方成正比。
(2) HSK刀柄锥部直径较短，它只有同规格的BT刀柄的1/3,而扭转刚度与长度成反比。

4 HSK工具系统的力学模型
4.1 HSK工具系统力学模型的建立
HSK工具系统与传统的BT工具系统的最大区别在于HSK工具系统在利用锥面定位、加紧的同时，还采用了端面加紧、定位的方式。为了简要的说明端面的支撑对HSK工具系统刚度的影响，可以利用图4-1所示的HSK工具系统的简单力学模型来分析。

图4-1 HSK工具系统的简单力学模型
由于刀柄与主轴都具有很高的轴向刚度，为了使问题简化暂不考虑刀柄与主轴端面的变形。如果夹紧力为，弯矩为FXL，加紧机构的轴向刚度为，这时可以利用上述模型来进行分析：
当时，HSK工具系统理论上的径向刚度无限大。
当时，由于HSK刀柄与主轴端面之间开始分离刀柄变形转角为0，这时HSK工具系统的径向弯曲刚度急剧下降，下降部分的径向弯曲刚度为

根据上述分析，可以得到HSK工具系统的简单力学模型的刚度曲线如图4-2所示。

图4-2 HSK工具系统的简单力学模型对应的刚度曲线

4.2 HSK工具系统的轴向刚度
在轴向力作用下HSK刀柄各部分的受力情况不同，变形特点也不同。图4-3为HSK刀柄在不同阶段的受力分析图，其中z为0对应刀柄端面的位置。

图4-3 HSK刀柄在不同阶段的受力分析图

图（a）为无轴力作用时刀柄的受力分析情况。
图（b）为轴向力作用下刀柄的受力分析情况。
图（c）为轴向力大于实际夹紧力时的受力情况。
图（d）为轴向力继续增大时，完全克服了最面的摩擦力之后，增大的轴向力将全部作用在椎体各截面上。

4.3 HSK工具系统的径向刚度
4.3.1 径向变形分析
HSK工具系统的径向刚度与端面的支撑效果有密切的联系，端面的支撑情况可以用端面的压力分布的变化来描述，如图4-4所示。

图4-4 HSK刀柄端面的受力分析图

HSK刀柄的变形可以划分为三个阶段：
第一阶段如图4-4（b）、（c）、（d）所示。载荷由零逐渐增大，靠近载荷作用端一侧的分布压力将逐渐减小直到边缘的压力为0.HSK刀柄凸缘端面与主轴端面仍处于紧密贴合状态，这时刀柄的变形实际上主要是刀柄法兰面、主轴前端的压缩变形及接触表面的变形。
第二阶段如图（e）所示。继续增大，M点开始分离，端面的支撑作用开始减小，刀柄的弯曲变形增大，整个HSK刀柄的刚度开始下降。
第三阶段如图（f）所示。当载荷再进一步增大时，分离点达到中部P点，这时HSK工具系统的刚度主要由HSK刀柄空心椎体部分以及内部加紧机构的刚度决定，所以急剧下降。
4.3.2 HSK工具系统的扭转刚度
HSK工具系统的扭转刚度与扭矩的传递方式有关。HSK工具系统的扭矩传递方式有两种，即键传递扭矩和摩擦力扭矩。摩擦力传递扭矩由两个基本部分组成，即端面传递扭矩和锥面传递扭矩。在外部扭载荷作用下，在不同的阶段，HSK刀柄各部分所受的扭矩分布有所不同，变形特点也不同。图4-5为HSK刀柄在不同阶段的扭矩的分析图，其中z为0对应着刀柄端面的位置。

图4-5 HSK刀柄在不同阶段的扭矩分析图
图（a）为在较小的外部扭矩载荷作用下刀柄的受力情况。
图（b）中，，这时增加的扭矩作用在端面右边位置，各截面受到的扭矩逐渐增大，靠近端面位置增加的较快，而远离端面的位置增加较慢。
图（c）和图（d）所示扭矩载荷继续增大，完全克服了锥面的摩擦扭矩后，增大扭矩载荷将全部作用在椎体各截面上，增加的扭矩变形主要是刀柄椎体的变形，因此扭转刚度均匀下降的较快。

5 HSK工具系统的动平衡
5.1 高速加工系统动平衡的概念
在高速主轴系统中，任何不平衡的旋转体包括刀柄在内的工具系统都会产生离心力，随着转速的提高离心力迅速增大。对于高速加工系统而言，设计时除了对高速加工工具系统提出较为严格的制造尺寸精度和形位公差要求外，平衡精度也作为一个重要的检测项目。有关试验表明，高速加工工具系统的加工速度达到3000r/min以上时，都要对它进行不平衡量检测和相应平衡校正处理。
5.2 影响高速加工工具系统动平衡精度的主要因素
在通常情况下，造成高速加工工具系统不平衡的因素比较多，主要有一下两个方面。
5.2.1刀具与刀柄的不平衡
（1）刀具材料的冶炼烧结、热加工或冷加工过程中，出现晶相缺陷，从而使刀具材质不均而引起不平衡，并降低结构强度；
（2）刀具制造时尺寸精度误差造成不平衡；
（3）非对称刀具设计也是产生不平衡的因素；
（4）刀具产生非对称偏移的非对称零件也会引起不平衡；
（5）使用非对称刀具、刀杆都将产生不平衡；
（6）非整体式刀具系统装配时多个零件组合的累积误差产生的径向偏移和不平衡。
5.2.2 主轴不平衡
（1）制造过程中产生的不平衡；
（2）回转误差产生的不平衡；
（3）不均匀磨损引起的不平衡；
（4）主轴-刀具径向装夹误差引起的不平衡；
（5）拉杆-盘形弹簧组件偏移引起的不平衡；
（6）主轴-刀具连接面上杂物颗粒的污染以及冷却润滑液影响引起的不平衡；
（7）耦合不平衡。
5.3 高速加工工具系统动平衡的检测与平横技术
高速加工工具系统动不平衡的检测，按照其是否处于工况状态可分为离线检测和在线检测。离线检测一般是对装配好的工具系统在静态条件下，采用通用或专用动平衡机检测动不平衡量的大小和所处相位；在线检测则是在工具系统工作时在现场利用振动测试仪检测不平衡量对主轴或机床或工作台禅寺的振幅影响。目前高速加工工具系统动平衡技术有三种。
1. 去重平衡技术
在制造阶段对刀柄和刀具进行动平衡。方法是 利用动平衡检测机检测部平衡量和偏移位置，然后在相反的位置切去相应的量。
高速加工工具系统进行平衡检测和平衡校正的一般做法为：首先尽量对组成工具系统的每个临建在设计和制造到装配的每个环节做好平衡处理；然后组装成一个独立的部件后，针对其具体结构判断其高速加工工具系统属于单面平衡还是双面平衡。
（一） 单面平衡 对轴向尺寸较短，不超过刀柄锥面长度2-3倍的HSK工具系统实施单面静平衡就能满足其平衡要求，如图5-1与5-2.

图5-1 钻孔平衡HSK工具系统

图5-2 调节环平衡HSK工具系统
（二） 双面平衡 轴向尺寸较长的HSK工具系统，超过了锥柄长度3倍以上，应视作双面动平衡。主要选择好合理的2个校正面。一般在刀杆校正面上安装两个带刻度的平衡调节环，其安装距离尽可能远。如图5-3.

图5-3 双面动平衡HSK工具系统
2. 调节平衡技术
常用的可调平衡刀柄是在标准刀柄上增加可平衡的部件。一种是在刀柄的外端面上作出一系列平行于轴线的螺纹孔，用于固定螺钉进行调节。在刀柄和刀具装在一起后在动平衡机上检测不平衡量，然后手动调整。另一种则是采用带有平衡调整环的刀柄。如图5-4.与5-5
图5-4 具有调整环的可调平衡刀柄

图5-5 平衡环调节示意图

3. 在线圈子电脑平衡技术
仅仅调整刀具和刀柄的平衡还往往不够，不平衡的主轴也会使原本平衡的刀柄发挥不出它应有的潜力。平衡刀柄系统应能够针对各种主轴转速自动平衡调节。为了更精确地调整平衡，最好的方法是将刀具装在主轴上，在工作转速下测量和调整。美国肯纳公司最近研发出了一种可以调节主轴系统自动平衡的刀柄系统，简称TABS刀柄。

6.结语

(1) ISO 标准中对一些尺寸的公差要求过于严格, 通过对HSK 工具系统的研究, 适当放宽一些对其性能影响不大的公差要求, 制定出符合中国国情的国家标准。
(2) 以往对HSK 工具系统本身性能及其与机床主轴的联结性能研究得较多, 而对HSK 工具系统与高速刀具高效切削匹配性研究较少。
(3) 迄今为止, 对于HSK 工具系统的研究大都基于仿真数字模型进行模拟, 而对实物进行相关试验研究较少。
(4) 对HSK 工具系统理论研究较多, 而对其生产制造工艺研究较少, 以后应加强热处理工艺、关键尺寸和形位公差的检验等批量生产质量的稳定性控制方法的研究。
（5) 对HSK 工具系统刀柄材料的改进及结构优化仍需深入

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