“capto”是一个拉丁语单词，有“抓取、捕捉”的意思。对于由山特维克可乐满（Sandvik Coromant）公司开发的Coromant Capto（以下简称Capto）刀柄系统而言，则可以用模块化、通用性和重复性来定义它。 Capto刀柄的发明者肯•安德森先生已从山特维克公司退休，如今在从事造船工作。山特维克可乐满公司在1989年完成了首个Capto刀柄原型的研发，并在1990年的芝加哥国际机床展览会（IMTS）上首次展出了Capto刀柄的完整样品。从那以后，通过山特维克可乐满公司和各种许可经销商的销售，Capto刀柄获得了广泛应用，并在2008年该公司的专利权期满和许可证要求终止时，被纳入刀柄系统的ISO标准（26623）。通过了ISO认证，就意味着制造商不能销售不符合标准规范的Capto刀柄。 山特维克可乐满公司国内业务经理克里斯•米尔斯表示，“当专利权失效后，我们不希望人们生产一些质量较差的Capto刀柄，那样会给已在使用Capto刀柄的用户造成一些问题。我们希望确保任何人生产的所有Capto刀柄都能严格遵循与其原版产品相同的技术规范。我们推动ISO认证的目的，就是确保任何人都不能随意改动Capto刀柄的设计，而ISO认证达到了这一目的。” Capto刀柄采用了与其他刀柄截然不同的三棱多边形。当初，它的发明者安德森提出，“为什么模块化刀柄系统非得采用圆形呢？我发现三棱多边形可以提供极好的稳定性。” 山特维克可乐满公司称，多边形锥柄可以确保自动径向定心，并从接口的周边施压，能将联接的重复性控制在2μm以内。 多边形锥柄无需利用键和键槽，就能将扭矩从机床主轴传递给刀具。瑞士Rego-Fix刀具公司总裁安德鲁斯•韦伯说，“CAT刀柄或BT刀柄在联接凸缘处都采用键联接来传递扭矩。而Capto刀柄由于采用了多边形锥柄，不会在主轴锥套内转动，因此，主轴的全部可传递扭矩都作用于Capto刀柄的整个锥面上。” Rego-Fix公司生产带有ER和powRgrip弹簧夹头系统的整体式Capto刀柄。Rego-Fix AG总裁兼首席执行官皮特•特斯特勒说，“为了向带有Capto接口的复合加工机床提供最受欢迎的Rego-Fix产品，我们精选了这些Capto刀柄产品。”除了具有三个棱边以外，这种空心多边形锥柄采用了1∶20（即1.4）的锥度。“使用Capto刀柄不存在多种型式的问题，”特斯特勒说，“它不像HSK刀柄那样有A－T的多种型式。”目前，只有一种型式的Capto刀柄，它有6种尺寸规格：C3（凸缘直径32mm）、C4（40mm）、C5（50mm）、C6（63mm）、C8（80mm）和C8x（一种凸缘直径100mm的C8多边形）；一种新的C10规格（凸缘直径100mm，其多边形大于C8）已于2009年3月1日上市。 快换功能 由于Capto刀柄具有快速换刀功能，因此它最初被应用于车床上。山特维克可乐满公司称，Capto刀柄的换刀速度比采用偏心轴夹紧方式的常规刀具快5－10倍。该公司的工具系统产品专家布伦特•戈弗雷说，“只需用扳手转动1/4圈，就能夹紧或松开切削头。例如，当你进行机外装刀时，只需要不到30秒时间就能换好一把刀并重新开始切削。” 山特维克可乐满公司指出，在全球车削中心刀具市场上，常规刀具占有87％的份额，快换刀具占有其余13％的份额，但它的应用正在不断增加。而在美国使用的各种快换刀具中，Capto刀柄和肯纳公司的KM工具系统各占有43％的份额。 但是，Capto联接系统并非只适用于车削加工。山特维克可乐满的米尔斯指出，“设计Capto刀柄的主要原因是要开发一种同样适合车削、铣削和钻削加工的工具系统。” 在2000年前后，当复合加工（铣/车加工）机床的应用开始变得日益流行时，Capto刀柄开始进入加工领域。米尔斯说，“Capto刀柄的设计或许比其所处的时代稍微超前一点，因为当时复合加工机床确实需要一种同样适用于车削、铣削和钻削加工的工具联接系统。” 复合加工机床的主轴在车削加工时必须锁紧到位，并在旋转加工时松开。对于这些机床来说，Capto刀柄非常有用。BIG Kaiser精密工具公司产品设计经理阿兰•米勒解释说，“复合加工机床的B轴――实际上就是铣削头――需要倾斜45°，以靠近工件。利用Capto刀柄，我们可以将刀具安装在主轴的中心线上，这样所产生的扭矩要小得多，主轴也不必承受太大负荷。由于施加在锁紧系统（用于在车削时保持主轴静止）上的压力减小，从而可以延长主轴寿命。” 山特维克可乐满的戈弗雷表示，“当用于复合加工机床时，Capto刀柄非常有效，因为这是旋转加工与静态加工的结合。” 据山特维克可乐满介绍，对于复合加工机床而言，Capto刀柄大约占有40%的全球市场份额，与之相比，KM 35刀柄的市场份额为35%，HSK、BT刀柄和大昭和精机公司的BIG Plus刀柄加起来占25%的市场份额。米尔斯估计，在2008年销售的复合加工机床中，大约50%采用了Capto刀柄，25%采用BIG Plus刀柄，15%采用HSK刀柄，10%采用KM刀柄。 这些市场份额是指那些具有Capto主轴接口的复合加工机床，以及将Capto刀柄集成为模块化工具系统的机床，这些工具系统使用与Capto集成的基本刀柄。基本刀柄的顶部是一个大锥度的锥形（或采用HSK设计），底部为Capto接受腔的夹紧区，最终用户装配好刀具，并通过一个中心螺钉使其在刀柄中扩张夹紧。基本刀柄保留在机床上不必取下，只需更换刀具即可。 山特维克可乐满的戈弗雷解释说，“现在，当你在加工中心上使用基本刀柄时，你可以在Capto多边形接受腔中夹持任何类型的刀具。基本刀柄的底部有一个定位面，其直径尺寸和与其联接的接头的定位面直径相同。当你把两种工具夹紧到一起时，这两个定位面相互接触，从而实现了面接触。” 米尔斯估计，大约有8,000台带旋转主轴的机床使用了Capto主轴，还有更多数量的车床上集成了Capto接口。他说，“我很难估计出比较准确的数量，或许有数十万台这种机床。” 在加工中心上的应用 Capto刀柄在加工中心上的应用前景还不十分明确。尽管根据山特维克可乐满的统计数据，Capto刀柄在加工中心使用的模块化刀具中已占有30%的全球市场份额，但采用Capto主轴的加工中心数量还很少。戈弗雷说，“可能只有屈指可数的加工车间在自己的加工中心上采用了Capto主轴。” 订购一台安装了Capto主轴的机床并不是主要的障碍，但是，为了使用Capto独特的自动换刀夹持器槽型（位于凸缘处），就必须更换刀库和换刀机械臂。戈弗雷说，“问题实际上在于机床制造商。如果有一天，他们将Capto主轴视为加工车间必备的常规选项之一，他们才会有动力在自己生产的所有加工中心上配置Capto主轴。全部配备Capto刀柄的加工车间将具有最大的加工灵活性和最好的加工经济性，因为它们可以使自己使用的刀具种类最少化。” 这种加工柔性来自Capto接口，它使不同加工机床所使用的刀具（即使是车间在不同时间和场合购买的刀具）具有互换性。利用Capto工具系统的模块化特性，能够根据工件的尺寸组装出正确的刀具长度。戈弗雷说，“我曾见过最长的刀具装配长度大概是660mm或685mm，其中包括一个减振的Capto工具在内。” 不过，在不需要进行复合加工的情况下，最终用户可能更倾向于使用标准的大锥度刀柄，这种刀柄可以在传统磨床上进行磨削加工。与此相反，为了加工Capto刀柄的多边形锥面，刀具制造商必须配备先进的CNC数控磨床，而为了准确测量和验证Capto刀柄的加工质量，还需要配备三坐标测量机。BIG Kaiser的米勒指出，“大锥度刀柄更容易被更多刀具制造商大批量生产，因此，大锥度刀柄的选择余地要大得多。对于一台传统的立式或卧式加工中心而言，换用Capto刀柄需要花费一大笔开支。” 此外，由于Capto刀柄的多边形和1∶20锥度的复杂性，不可能在需要时进行在机主轴重调。米勒说，“Capto主轴需要被完全拉紧，并作为一个套筒夹头被重新组合。” 戈弗雷指出，“实事求是地说，在加工中心上，首选的刀具夹头或许仍然是大锥度夹头。”但值得注意的是，C10尺寸规格Capto刀柄的引入，对于通常包括大量铣削加工的加工中心加工将具有更大的吸引力。与静态加工相比，铣削加工需要更大的扭矩和功率，而新规格的Capto刀柄具有更粗壮和更坚固的多边形柄部，以及100mm的接合面接触长度，可增大其抗挠曲刚性。“在Capto刀柄的端部，作用于联接处的拉紧力将达到最大值。” 气动夹紧机构 用于旋转加工的气动Capto主轴夹紧方式是利用一个气动弹簧夹紧机构，而不是标准的贝勒维尔垫圈盘式弹簧机构进行夹紧。这种夹紧方式能提供恒定的最大夹紧力和较长的零部件使用寿命，因为其中没有会磨损的机械零件。它还能提供额外的拉紧力，从而提高抗挠曲刚性，并能在高速加工中实现更好的动平衡，因为其中没有运动部件。 随着时间的推移，盘式弹簧机构会逐渐出现疲劳现象，其机械强度也会逐渐降低。山特维克可乐满的米尔斯说，“贝勒维尔弹簧垫圈的压力会逐渐丧失，这就是我们要开发这种独特的气动弹簧夹紧机构的原因。”他指出，一个客户在2年时间内，分别测量了一台采用Capto主轴的复合加工机床和一台采用CAT大锥度主轴的加工中心的夹持力，结果发现，尽管两台机床使用年限相同，但加工中心的夹持力丧失严重，而复合机床的夹持力却保持不变。 即使在全新状态下，气动弹簧机构的拉钉或拉杆夹持力也要大于HSK 100或CAT 50大锥度刀具夹头盘式弹簧机构的夹持力。据山特维克可乐满公司称，HSK 100刀柄的拉杆压力约为16,000N，CAT 50刀柄约为25,000N，而采用气动弹簧的C8刀柄拉杆压力为45,000N。米尔斯说，“你可以在多边形上施加更大的夹持力，而不会使其发生变形；但如果对HSK刀柄施加更大夹持力，其联接处的机械强度则不足以抵抗变形压力。” Rego-Fix刀具公司的韦伯指出，Capto刀柄除了在装夹刀具时具有高水平的重复精度以外，其与主轴的全凸缘面接触意味着工具装配的Z轴高度也具有极高的重复性。他补充说，当以超过20,000r/min的主轴转速高速加工时，大锥度主轴的接受腔在离心力作用下会产生微量涨大，将刀柄更深地拉入主轴中，从而使Z轴高度发生变化。“由于Capto刀柄抵住主轴，因此不会发生这种情况。虽然BIG Plus和HSK刀柄也有这种优点，但是，Capto是一种完整的系统，而BIG Plus和HSK只是单个刀柄。” Rego-Fix公司的特斯特勒也同意这种看法，他说，“我们发现，Capto系统提供了主轴与刀柄之间的最佳接口。从精度和性能的观点来看，Capto系统非常接近于将刀具切削刃直接装在主轴前端上。尽管Capto工具系统相对比较昂贵，但随着通过了ISO认证，其市场占有率将不断提高，将会有更多的刀具制造商提供这种产品，Capto刀柄的价格应该会逐步下降。” 韦伯指出，十多年前，当Rego-Fix公司的ER工具系统专利到期，并成为公开标准（DIN 6499）时，也曾出现过这种情况。 山特维克可乐满的米尔斯说，过去，Capto工具系统的一个重要卖点是能够快速更换车削刀具。而现在，该系统的亮点则是可以通过内冷却刀具实现高压冷却，因为如今内冷却刀具和高压冷却技术已变得日益流行，运用该技术可以改善切屑控制、降低刀具/工件界面温度、延长刀具寿命和提高切削速度。Capto工具系统能够通过喷嘴，将高压冷却液准确、可控地喷射到刀片切削的正确位置。通常，在先进的数控车床和加工中心上加工时，冷却液的标准压力为1,300psi。喷嘴位置无需调整，因此消除了加工过程中的变量，不需要操作者来确定冷却液的喷射位置。 米勒说，“Capto刀柄的实用性和竞争力肯定将对最终用户有所帮助。不过，由于它的外形轮廓对于磨削加工来说相当复杂，有些制造商要正确掌握这种技术需要花费很长时间。对此我持谨慎态度。” 虽然Capto刀柄能否打入立式/卧式加工中心（VMC/HMC）市场仍有待观察，但它在铣削/车削复合加工中的应用却前途无量。特斯特勒指出，“它将会成为复合加工机床的标准配置。” （来源：《工具展望》张宪 编译）