在实际使用过程中，刀辅具存在着不同的作用，并会有不同的失效模式出现，因此，我们必须重视和了解刀辅具的各种功能和可能出现的失效风险，建立相关的控制手段来保证加工零件满足工艺要求。

在金属加工中，刀具的重要性众所周知。刀具的组成部分其界定是指从切削零件的切削刃口到主轴端面的各组成部分，而刀具的这一桥段有易耗件和刀辅具两部分组成。刀具中非直接切削零件的部件统称为刀辅具。刀辅具根据设备的差异性（CNC或专机线）会有不同的配备组成，常见的有刀柄、弹簧夹头、变径套、拉钉、刀盘、连接螺钉和压板等。

刀辅具在实际使用过程中会有不同的作用和失效模式出现，有些技术支持人员在分析和解决问题时，往往着重在刀具的易耗件（切削刃口）上，很少关注刀辅具。故我们必须重视和了解刀辅具的各种功能和可能存在的失效风险，建立相关的控制手段来保证加工零件满足工艺要求。

刀辅具的作用

刀辅具是机床主轴和刀具切削刃具之间的连接部件，其主要功能是：夹持固定切削刃具、传递切削力、确定刀具切削刃位置、保证刀具旋转精度、切削液输送和切屑过滤以及适应机床自动换刀等。

1.夹持固定切削刃具

切削刀具需要与加工零件有相对的移动，因此，必须把切削刃具固定在可以移动（直线移动、旋转移动）或固定在床身上的刀体上，如钻头刀具通过刀柄的夹持孔进行固定，刀片的固定通过螺钉或压板把刀片固定在刀柄上。

2.传递切削力

刀柄通过与主轴的连接，用键、方榫和锥度等可以控制旋转自由度的刀辅具来满足切削力的传递，满足驱动的需求。

3.确定刀具切削刃位置

在实际加工时，为了满足刀具的互换性，刀具调整的切削刃口高度、直径都必须在一定的尺寸公差范围内，这时通过刀辅具的调整螺钉（如刀柄中心部的高度调整螺钉）、刀夹的轴向/径向调整螺钉和斜楔块等，可以满足刀具切削刃口的位置尺寸。

图1  切削液进入小直径内切削液孔前，需对切屑进行过滤

4.保证刀具旋转精度

设计合理的刀辅具可以满足低速或高速旋转下的切削要求，如7∶24锥度刀柄和HSK系列刀柄与主轴的高精度配合满足了旋转的精度。

5.切削液输送和切屑过滤

刀辅具部件有大有小，但是都具备切削加工的功能需求。大的如曲轴孔的镗把，小的如刀片的固定螺钉，这些都是不可缺少的部件。刀柄上的切削液接管和管口的过滤网装置，虽然是一个小部件，但也是不可缺少的。刀柄的切削液输送需通过切削液接管，小直径内冷刀具在切削液进入刀具前需要进行过滤（见图1）。没有切削液接管，切削液会直接进入主轴冲洗轴承油脂而使主轴咬死。

6.适应机床自动换刀

CNC加工中心的标准刀柄柄部（如HSK-A63、HSK-A100等）给设备的自动换刀带来了极大的快捷效果。

刀辅具的失效模式和机理

1.失效模式

随着使用时间的增长以及使用者的不当操作，刀辅具会出现各种失效模式。由刀辅具失效模式带来的后果主要体现在以下几个方面：出现安全事故；影响加工零件的工艺要求；降低加工刀具的使用寿命；造成刀具易耗件的破损；影响换刀时间等。

2.失效机理

（1）刀辅具的超寿命使用 最严重的刀辅具失效模式就是引起刀具的安全事故，如：因刀辅具连接螺钉的失效而使旋转过程中的刀盘飞离主轴，这是由于连接螺钉因长期受到拉伸的作用而达到疲劳强度的极限而发生断裂。

（2）刀辅具的安装没有满足技术要求 这种失效模式主要是人为因素所致，如：加工面的表面粗糙度不好、孔的直线度下降以及圆度数值超差等；在刀辅具重新装配过程中没有按照规范调整，使其连接可靠性下降而直接影响到无法满足加工过程中的工艺要求。

（3）刀辅具保养不规范 刀具的整体精度下降，使刀具加工过程中的振动加剧进而降低刀具的使用寿命。如：角度头刀具没有定期添加润滑脂，造成刀具内部的齿轮加快磨损，使刀辅具的配合精度下降而降低刀具使用寿命。

（4）固定件支承面变形 刀片的安装面在粗加工的高切削力挤压下，随着使用时间的累积，其支承面会慢慢出现变形，即出现安装面与刀片的配合外边缘存在一定的间隙，最终导致支承面的支撑力下降而使刀片出现碎裂。

（5）连接件满足功能下降 已经失效的刀辅具继续使用，会导致拆刀困难，增加辅助时间。刀辅具螺钉的扳手配合孔，如内六角、内梅花等，在使用过程中若不能每一次检查其有效性，那么就有可能出现装得上去却拆不下来的后果。

图2  对铣刀盘固定的内六角螺栓进行目视检查

刀辅具失效的预防措施

从生产线替换下来的刀辅具，需经过收回、拆卸、清洗、装配、调整和送线，才能再一次投入到使用中。在整个过程中，刀具管理的相关工作都需要依照标准作业法来完成。

1.使用寿命的设定

刀辅具与易耗件刀具一样，在实际生产运作中需要设定可使用寿命。如：曲轴的车—车拉和外铣刀盘上的高切削力刀片的固定螺钉，一般推荐刀片更换5次后，使用新的刀片锁紧螺钉，保证螺钉在变形到允许范围内就实施了预防更换，从而避免因螺钉的自锁性下降导致刀片出现松动，造成加工中零件批量报废。

2.目检刀辅具

经过清洗以后，再一次使用时需要对刀辅具进行目视检查，观察是否可以继续使用。如：对铣刀盘固定的内六角螺栓的检查（见图2），其检查要求为：螺栓的牙形是否发生变形，内六角是否有滑口。

作为刀具调整人员，必须像机加工线操作工人维护机床那样，对刀辅具做好日常的PM工作，从产生问题的源头来消灭事故苗头。如根据镗把刀体的刀片支撑面使用久了易变形的特性，每次调换或者转换刀片刃口时，待刀片安装螺钉拧紧固定后，必须用0.02mm的塞片检验刀片安装后是否存在间隙；又如液压刀柄的夹持力是否下降，需要定期使用液压刀柄检测仪来检测其夹持力。

3.调整规范化

刀具调整规范化须贯穿到刀具调整人员的每一个工作细节，因为，刀辅具的安装顺序发生错误会直接影响到刀具使用效果与失效模式的出现。如：刀辅具的安装需要考虑其安装前后的顺序；ER弹簧套安装时应将弹簧套首先置于螺母中，而不是先把ER弹簧套安装到刀柄中。

刀辅具的规划

在项目规划阶段，刀辅具的选用是否合理，将直接影响到实际生产运作时的问题出现概率。如：带螺旋槽与不带螺旋槽的立铣刀其选择的刀柄是不一样的，当带螺旋槽的铣刀在使用过程中出现一个朝前的拉力时，须选择热套刀柄或采用强力夹头夹持的刀柄；不带螺旋槽的铣刀，当小切削力时可以选择液压刀柄。一般立铣刀夹持选择热套刀柄比液压刀柄好，这是因为热套刀柄价格低且夹持力高，而液压刀柄拆装方便，但是价格高且夹紧力没有热套刀柄好。又如多头丝锥的攻螺纹刀具，其丝锥的高度调整螺钉最好选择带阻尼的螺钉，以满足刀具的高度控制，因为没有阻尼的螺钉往往会出现因加工过程中受到轴向力的影响而松动，螺钉的松动会改变丝锥刀具的加工深度尺寸。

此外，项目规划时应尽可能选择精度高、质量好的刀辅具，前期多一些投入，后期的使用成本会低很多。

结语

在机加工过程中，因刀辅具导致产品出现质量问题以及生产过程中存在安全隐患问题是不容忽视的。我们只有充分认识其失效机理并建立相应的预防措施，加之在生产过程中贯彻好相关的标准作业法规，才能减少甚至消除因刀辅具失效给实际生产带来的不利影响。