刀柄被設計用來可靠地裝夾切削刀具，并將機床主軸的扭矩傳送至切削刀具。很長時間以來，我們未曾聽說刀柄有著任何顯著的變化，這并非預示著我們在技術創新上落后了。實際上，如果沿襲以往的刀具夾持原理和對應用更廣的互換性及統一性的需求，以及機床接口的規范化設計，那么刀柄設計已經形成了定義明確的標準，并且規定了詳細的刀柄參數。但這并不意味著新的技術創新和發展已終結。
時代的發展中對加工提出了新的要求，不僅轉變為對機床的新要求，而且還轉變為對切削刀具及刀柄--這兩種工藝鏈中能夠識別機床能力的重要元素的新要求。刀柄做為工藝鏈中最為“守舊”的一環，鑒于上述原因，相關技術創新非常少，因此，我們需要用與時俱進的精神來迎合金屬切削的現代化發展趨勢。
顯然工業4.0的理念對刀柄帶來重大的沖擊，未來的智能制造需要刀柄在物聯網(IoT)中能進行數據的交換，這將引導刀具商增加越來越多的電子單元來創造出新的信息交換能力。時至今日，內嵌芯片已經能夠提供刀柄與機床，工業機器人，存儲設備等進行各種數據交換的能力。
刀柄系統在機械設計上的變革
新增數據功能無疑是刀柄發展中非常重要的方向，但這并不意味著取消提升機械設計的常規路徑。與智能刀柄所關注的數據相比，常規機械設計看上去有些乏味。然而值得注意的是，與刀柄相關的傳統組件的研發作為對機械系統的促進，遠未走到死胡同。伊斯卡在最近的刀柄設計上的明顯改善體現在下面的產品領域：
1.熱縮夾頭
高速加工(HSM)方式將對刀具動平衡的需求帶到全新的高度。在高速加工中，刀柄的動態特征是其不可分割的一部分，因此對刀具與刀柄的裝配必須給予特別的關注。所以，最小化裝配后的不平衡是刀具研發人員需面對的一個挑戰。在生產制造前的設計階段，他們已經盡力保證結構所需的平衡參數，這種工程設計帶來的平衡并不能取代真實組裝后的“物理”平衡，但卻降低了將來生產過程中因質量帶來的不平衡，使得“物理”平衡更易于達成。在HSM刀柄的設計階段，軸對稱設計的熱縮夾頭優化性地滿足了動平衡刀柄的需求。
2.冷卻液供應
冷卻射流流經刀柄內部直達切削區域，這種冷卻方式顯著提高了加工性能。這種更先進的帶內冷卻射流供應選項的刀柄，特別適合高壓冷卻(HPC)的加工方式。
3.模塊式快換刀柄
模塊化設計原理極大地簡化了尋找合適的裝配結構刀具的過程，減少了備用刀柄的庫存，也降低了對特殊定制刀具的需求。
4.長懸伸應用
在一些應用場合，刀具裝配后懸伸比較長，穩定性差，因此提高裝配后的抗振強度也是刀柄的一大典型發展趨勢。
5.多棱錐接口
ISO-標準化多棱錐刀柄已經被證明是一種高效的連接方式，并在多任務機床及車削加工中心中變得更普及。
以上僅為刀柄研發人員的一小部分引人注目的研發方向。其它則聚焦于諸如高扭矩傳輸，防止刀具因軸向切削分力大而被拔出，提高精度，更符合人體工程學的解決方案等等。因此，認為刀柄的的機械結構設計看上去停滯不前的結論是不正確的。
伊斯卡全新高效夾持刀柄
通過例舉，我們探討一下伊斯卡過去數年發布的最新刀柄。
1.最近，伊斯卡通過增加規格為C8的多棱錐刀柄對熱縮夾頭進行了拓展。該熱縮夾頭提供夾持直徑范圍為6mm-32mm (.25-1.25")。新推出的刀柄沿夾持孔周圍布置有內冷卻通道，能為所夾緊刀具的切削刃提供高效冷卻。
圖1 – 多棱錐刀柄熱縮夾頭，具有內冷卻射流提供能力
2.采用液壓刀柄能確保高夾持扭矩和高夾持精度，這對精加工非常重要。在過去的數年，伊斯卡拓展了其液壓夾頭的產品范圍。目前提供BT-MAS柄，DIN 69871柄 及 HSK柄的液壓刀柄。除了高扭矩傳輸性及高夾持精度，液壓刀柄還有出色的減振性能和快速更換刀具的特點。
3.隨著ISO多棱錐刀柄越來越普及，伊斯卡開發了應用于內外車削及螺紋加工的新模塊化刀具系列。這種模塊化概念系列能實現不同刀具的裝配組合，通過鋸齒連接面將應用范圍廣泛的夾持可轉位刀片的切削刀頭安裝于多棱錐刀柄上。
圖2 – 結合了可換式刀頭及刀柄的定制模塊組裝式刀具
4.伊斯卡最新ER橡膠密封彈簧夾套，其狹小的收縮范圍確保不僅進一步提高了夾持力，還能保持高的徑向跳動精度0.005 mm (.0002")，并帶有4個冷卻噴口。
圖3 – 帶內冷卻射流通道的ER卡簧
伊斯卡前端帶有模塊化接口的接桿式夾套能直接安裝于ER彈簧夾頭刀柄上，保持了模塊化接桿的高精度高剛性。接桿前端不同的模塊化接口可以裝夾可轉位刀片式刀頭或硬質合金刀頭。
圖4 - 模塊化接口的接桿式夾套
5.伊斯卡開發出專用于鋁輪轂車削的快換裝配式刀具。這種刀具包含切削頭及刀體兩部分，切削頭通過燕尾型連接安裝于刀體，燕尾型機構確保在刀柄及刀頭之間實現完全的面接觸，在鋁輪轂的車削加工中，具有非常高的夾持力，能抵御惡劣加工條件。刀座接口采用了VDI40柄，VDI50柄或圓柱柄。
圖5 – 用于鋁輪轂車削的模塊式快換刀具
結語
我們可以看到，刀柄在先進設計上遠未窮盡所能。盡管現有的刀柄經過不斷改進已經達到了很高的性能，以滿足當今制造商們的需求，然而明天的智能工廠仍需要更高標準的刀柄。伊斯卡智慧的設計結合前沿的技術，將在刀柄發展中持續起著關鍵作用。
20220210