工具系統(tǒng)的選擇是數(shù)控機(jī)床配置中的重要內(nèi)容之一，因為工具系統(tǒng)不僅影響數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率，而且直接影響零件的加工質(zhì)量。根據(jù)數(shù)控機(jī)床(或加工中心)的性能與數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)優(yōu)化刀具與刀柄系統(tǒng)，可以取得事半功倍的效果。
1 數(shù)控機(jī)床常用刀柄的分類
與普通加工方法相比，數(shù)控加工對刀具的剛度、精度、耐用度及動平衡性能等方面要求更為嚴(yán)格。刀具的選擇要注重工件的結(jié)構(gòu)與工藝性分析，結(jié)合數(shù)控機(jī)床的加工能力、工件材料及工序內(nèi)容等因素綜合考慮。
數(shù)控加工常用刀柄主要分為鉆孔刀具刀柄、鏜孔刀具刀柄、銑刀類刀柄、螺紋刀具刀柄和直柄刀具類刀柄(立銑刀刀柄和彈簧夾頭刀柄)。
2 數(shù)控機(jī)床常用刀柄的選擇
A：刀柄結(jié)構(gòu)形式
數(shù)控機(jī)床刀具刀柄的結(jié)構(gòu)形式分為整體式與模塊式兩種；整體式刀柄其裝夾刀具的工作部分與它在機(jī)床上安裝定位用的柄部是一體的，這種刀柄對機(jī)床與零件的變換適應(yīng)能力較差，為適應(yīng)零件與機(jī)床的變換，用戶必須儲備各種規(guī)格的刀柄，因此刀柄的利用率較低。模塊式刀具系統(tǒng)是一種較先進(jìn)的刀具系統(tǒng)，其每把刀柄都可通過各種系列化的模塊組裝而成，針對不同的加工零件和使用機(jī)床，采取不同的組裝方案，可獲得多種刀柄系列，從而提高刀柄的適應(yīng)能力和利用率。
刀柄結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)兼顧技術(shù)先進(jìn)與經(jīng)濟(jì)合理：
①對一些長期反復(fù)使用、不需要拼裝的簡單刀具以配備整體式刀柄為宜，使工具剛性好，價格便宜(如加工零件外輪廓用的立銑刀刀柄、彈簧夾頭刀柄及鉆夾頭刀柄等)；
②在加工孔徑、孔深經(jīng)常變化的多品種、小批量零件時，宜選用模塊式刀柄，以取代大量整體式鏜刀柄，降低加工成本；
③對數(shù)控機(jī)床較多尤其是機(jī)床主軸端部、換刀機(jī)械手各不相同時，宜選用模塊式刀柄。由于各機(jī)床所用的中間模塊(接桿)和工作模塊(裝刀模塊)都可通用，可大大減少設(shè)備投資，提高工具利用率。
B：刀柄規(guī)格
數(shù)控刀具刀柄多數(shù)采用7：24 圓錐工具刀柄，并采用相應(yīng)型式的拉釘拉緊結(jié)構(gòu)與機(jī)床主軸相配合。刀柄有各種規(guī)格，常用的有40 號、45 號和50 號。目前在我國應(yīng)用較為廣泛的有ISO7388-1983、GB10944-1989、MAS403-1982、ANSI/ASME B5.50-1985 等，選擇時應(yīng)考慮刀柄規(guī)格與機(jī)床主軸、機(jī)械手相適應(yīng)。
C：刀柄的規(guī)格數(shù)量
整體式的TSG 工具系統(tǒng)包括20 種刀柄，其規(guī)格數(shù)量多達(dá)數(shù)百種，用戶可根據(jù)所加工的典型零件的數(shù)控加工工藝來選取刀柄的品種規(guī)格，既可滿足加工要求又不致造成積壓。考慮到數(shù)控機(jī)床工作的同時還有一定數(shù)量的刀柄處于預(yù)調(diào)或刀具修磨中，因此通常刀柄的配置數(shù)量是所需刀柄的2 ～ 3 倍。
D：刀具與刀柄的配套
關(guān)注刀柄與刀具的匹配，尤其是在選用攻螺紋刀柄時，要注意配用的絲錐傳動方頭尺寸。此外，數(shù)控機(jī)床上選用單刃鏜孔刀具可避免退刀時劃傷工件，但應(yīng)注意刀尖相對于刀柄上鍵槽的位置方向：有的機(jī)床要求與鍵槽方位一致，而有的機(jī)床則要求與鍵槽方位垂直。
E：選用高效和復(fù)合刀柄
為提高加工效率，應(yīng)盡可能選用高效率的刀具和刀柄。如粗鏜孔可選用雙刃鏜刀刀柄，既可提高加工效率，又有利于減少切削振動；選用強(qiáng)力彈簧夾頭不僅可以夾持直柄刀具，也可通過接桿夾持帶孔刀具等。對于批量大、加工復(fù)雜的典型工件，應(yīng)盡可能選用復(fù)合刀具。盡管復(fù)合刀具與刀柄價格較為昂貴，但在加工中心上采用復(fù)合刀具加工，可把多道工序合并成一道工序、由一把刀具完成，有利于減少加工時間和換刀次數(shù)，顯著提高生產(chǎn)效率。對于一些特殊零件還可考慮采用專門設(shè)計的復(fù)合刀柄。
F：強(qiáng)化工具系統(tǒng)管理工作
隨著數(shù)控機(jī)床數(shù)量增加，刀柄的數(shù)量會急劇增多。一套擁有5～8臺數(shù)控機(jī)床的柔性制造系統(tǒng)，刀柄數(shù)量可達(dá)1000把以上。如何使這些刀具得到合理有效的利用，是刀具管理的重點(diǎn)工作。其內(nèi)容包括：刀柄采購或補(bǔ)充計劃的提出；刀具數(shù)據(jù)的預(yù)調(diào)；刀具的調(diào)度與保管；刀具壽命情況判斷與控制等。
3 數(shù)控機(jī)床刀柄的發(fā)展
A：特殊功能的刀柄
近年來，加工中心上出現(xiàn)了一些特殊功能的刀柄，主要有以下類型。
增速刀柄(增速頭)：能實(shí)現(xiàn)自動換刀。如日本NIKKEN 公司的NXSE 增速頭，在機(jī)床主軸速度為4000r/min 時，刀具可在0.8s 內(nèi)轉(zhuǎn)速達(dá)到20000r/min。
多軸刀柄：它能同時加工多個孔，相當(dāng)于多軸加工頭。多軸與增速刀柄組合使用可構(gòu)成雙功能的多軸增速刀柄。
內(nèi)冷卻刀柄：該刀柄與芯部開有冷卻液通道的麻花鉆或深孔鉆配合使用，利用特殊的供油系統(tǒng)，將高壓切削液噴注到切削部位，實(shí)現(xiàn)良好的冷卻與潤滑，并排除切屑。
轉(zhuǎn)角刀柄：這種刀柄的頭部可作30o、45o、60o、90o等角度旋轉(zhuǎn)，具有五面加工功能。安裝在立式加工中心上，可使立式加工中心具有臥式加工中心的功能，可用于深型腔的底部清角作業(yè)。
B：新型高速切削刀柄
隨著數(shù)控機(jī)床高精度高速切削技術(shù)的發(fā)展，適應(yīng)高速切削的刀柄系統(tǒng)好得到研制與開發(fā)。如德國OTT 公司的HSK 刀柄和美國Kenamental 公司的KM刀柄等，其軸向定位精度可達(dá)0 .001mm，且在高速旋轉(zhuǎn)下，刀夾鎖緊更為牢固，徑向跳動不超過5μm。HSK 刀柄是一種典型的1:10 短錐面、錐柄和主軸端面同時接觸的雙定位型空心刀柄，其主要特點(diǎn)為：
采用錐面、端面過定位的結(jié)合形式，能有效地提高工具系統(tǒng)的連接剛度，且重復(fù)定位精度高；
采用空心結(jié)構(gòu)和縮短錐部長度，刀柄質(zhì)量較輕，可縮短換刀移動距離，加快換刀速度，有利于實(shí)現(xiàn)高速自動換刀；
采用1:10 錐度，錐柄較短，楔形效果好，有較強(qiáng)的抗扭能力，且能抑制因振動而產(chǎn)生的微量移位；
刀柄與主軸間由擴(kuò)張爪鎖緊，轉(zhuǎn)速越高，擴(kuò)張爪的離心力(擴(kuò)張力)越大，鎖緊力越大，具有良好的高速性能。
為提高刀具系統(tǒng)在高速狀態(tài)下的動平衡精度，可在刀柄上安裝自動校正動平衡裝