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　　高效加工（HEM）注重的是综合效率的提升，而不是仅仅关注某个加工环节。它对机床的设计和生产工艺等都提出了新的要求。

　　车削中心（也称车铣复合机、车铣中心）是从数控车床发展而来的，工件在数控车床上完成大部分的车削工艺以后，往往还会有少量的铣削或钻孔等工艺，这些工艺是无法在数控车床上完成的，必须二次装夹到专门的铣床或钻床上完成。这样就导致工件误差增多，加工效率低下等问题。为了解决这个矛盾，人们开发出了带动力刀座的数控车床，由动力刀座和车床主轴的C轴分度配合完成铣削和钻孔等加工，这就是车削中心的雏形。车削中心一般是采用由固定刀座完成工件的外圆、端面、钻中心孔、镗和绞等工艺，而由动力刀塔上的动力刀座与主轴的C轴功能配合，完成工件的铣削、钻孔、攻丝及滚齿等。对于要求一次装夹完成全部加工以保证工件精度，且加工要求以车削为主（60%~95%），铣削等为辅（5%~40%）的工件特别适合在车削中心上进行加工。

　　动力刀座根据结构和外形可分为0°（直柄）刀座、90°（直角）刀座、直角后缩（也称位短式）刀座以及其他特殊结构的刀座；根据冷却方式可分为：外冷式刀座和外冷加内冷（中心冷）式刀座；根据输入输出转速比则可分为等速刀座、升速刀座和降速刀座。

　　动力刀座常因其刚性不够，重复定位精度低，且工艺转换时调整时间长等原因，造成机床利用效率低下。同时，动力刀座只能用ER弹簧夹头夹持工具，由于ER夹头带来的误差叠加会造成刀座加工精度受限。另外，由于ER夹头的夹紧力有限，夹持φ16以上的刀杆时刀具容易打滑，刀尖的跳动也比较大。对于刀具寿命和加工效率而言无疑是个很重要的瓶颈。

　　而且，ER夹头夹持的刀具类型很有限，只能进行简单的钻和铣等操作。客户需要另外购买专用的面铣刀动力刀座等，刀座投资大。如何解决ER夹头带来的问题，扩展动力刀座的使用范围，并做到“一座多能”，是各大动力刀座生产商积极寻求的解决方案的方向。

　　考察和评价动力刀座的指标主要包括转速、扭矩、刚性、精度、使用寿命、温升、噪声和接口的灵活性等。

　　其中，转速反映了刀座的加工效率，而扭矩主要考察刀座所能承载的切削力。影响铣削深度、钻孔和攻丝直径等指标。动力刀座所采用的轴承类型对扭矩影响很大。一般采用角接触球轴承，耐过载能力较差，容易在球表面形成死点，导致动力刀座精度降低。现在也有厂家采用双圆锥滚子轴承，其负载能力大大加强，但同时要解决好转速和噪声和温升问题，就要求动力刀座腔体精度和装配精度非常高，这样才能保证高转速、大扭矩、温升和噪声控制等目标的同时实现。

　　刚性是机床-刀塔-刀座-刀杆-刀片-工件整个刀链系统上的重要环节，其直接决定刀链系统的刚性。精度包含两个方面，一是刀座自身精度，包括轴向跳动、径向跳动、心轴的位置精度和平行度等；二是刀座在刀塔上的定位精度和重复定位精度，分别反映刀座在刀塔安装位置的精度和重复拆装后的定位精度，分别影响工件的加工精度和机床的调整时间。

　　动力刀座是车削中心上使用得非常频繁的功能部件，其使用寿命与刀座本身的制造质量、后期正确的使用方法以及合理的保养方式相关。温升指的是刀座工作时温度升高的程度，而刀座旋转时的噪声则反映了心轴和轴承的旋转振动，它们都会对车削中心的加工精度产生影响。最后，刀座接口的灵活性指的是刀座除了能够应用弹簧夹头以外，还可以有其他多种类型的接柄连接刀具。

　　第一代动力刀座为分体式，其尾部和刀座本体通过四个螺栓连接，刀座的刚性不强，精度不高，扭矩较小，转速也低，目前用于入门级的车削中心。

　　第二代动力刀座采用整体式设计，刚性和精度大大提高，扭矩增大，转速提高到6000r/min，有中心冷功能，这是目前市场上存在最多的动力刀座。它只能采用ER弹簧夹头、夹持钻头和立铣刀等刀具，可加工的范围比较窄，同时由于ER夹头的限制，刀链系统的整体刚性和精度很难提高。这些已经成为制约动力刀座发挥功能的最后瓶颈。

　　第三代动力刀座在保持刀链系统刚性和精度的基础上增加了一种PRECI-FLEX精灵快换系统接口（图1），这种接口是一种刚性连接接口，采用了短锥和平面的配合定位，具有很高的精度（重复定位精度小于5μm），并且具有极高的刚性。PRECI-FLEX快换系统由德国瑞品有限公司（ESA EPPINGER）开发并获得专利的技术，该公司是一家世界领先的车削中心动力刀座专业生产商。

　　图2 德国瑞品公司推出的动力刀座采用双圆锥滚子轴承（b）与采用球轴承的普通动力刀座（a）相比具有更高的系统刚性

　　德国瑞品的动力刀座采用整体式设计，刀座刚性好，精度高，采用带预紧的双圆锥滚子轴承，与采用角接触球轴承的刀座相比有更大的过负载能力和较长的寿命（图2）。

　　PRECI-FLEX快换接口的接柄锥度是DIN6499，和ER弹簧夹头的锥度相同，这样能够保证弹簧夹头在这种接口的刀座上继续使用，既可以保护客户先前的投资，又能兼顾今后的技术拓展（图3）。

　　这种接口的动力刀座在德马吉、哈挺、哈斯、斗山、马扎克、大隈、因代克斯、斯宾纳及肖布林等世界知名的车削中心上均已得到了成功应用。

　　第三代动力刀座的PRECI-FLEX精灵系列快换接口可以做到重复定位精度小于0.005mm；窜动小于0.01mm；精度比标准弹簧夹头提高3~~4倍；和传统径向刀座相比的更换速度由20min缩短至1min；其改进的夹紧刚度提升了4倍；切削参数提升了2个等级甚至更多；刀具使用寿命的延长了3~5倍。

　　通过降低机床停机时间，改善切削参数，延长刀具寿命，降低废品率，减少动力刀座的投资等方面帮助客户降低成本，PRECI-FLEX快换接口可以使单件的成本下降20%，机床调整时间减少80%，单件加工时间最多可减少50%，延长刀具寿命，降低刀具成本50%，降低废品率，由于整个刀链系统的精度均处于可控状态，所以保证单件即合格。

　　对于VDI接口的动力刀座，在一次调整后，工艺转换时，无需将刀座频繁拆装，只需要更换PRECI-FLEX精灵接柄，速度快，精度高，避免了重复调整动力刀座所带来的长时间的机床停机，大幅提高了生产效率，降低了单件成本。

　　图3 在加工对比实验中，动力刀座＋弹簧夹头的组合（a）与动力刀座＋PRECI-FLEX的侧固接柄的组合（b）加工出来的工件表面质量存在很大差异

　　对于BMT接口的动力刀座，刀座拆装耗时长，现在同样无须更换刀座本体，只需要简单更换前端接柄即可。

　　同时，这种接柄可以离线对刀，在一台集中的对刀仪上完成所有刀具刀长的设定，并可实时地将刀长参数通过网络发送到相应的车削中心上。在更换工序时，操作工人只需简单地将已经安装好刀具的PRECI-FLEX精灵接柄换装到对应刀位的动力刀座上，即可开始下一个工序的加工，大幅降低机床停机和刀座对刀调整时间。同时，一台对刀仪可以同时为多台车削中心提供对刀服务，这种现代化的生产方式，对于需要提高生产效率、降低固定投资的客户而言，具有很大的吸引力。目前，越来越多的机床用户开始引进这种信息化、集约化和自动化的生产组织模式。

　　第三代带PRECI-FLEX快换接口刀座的出现，快换接柄的刚性和高精度连接替代了ER夹头的柔性连接，使得整个刀链系统的瓶颈被打破，整个刀链系统的精度和刚性大幅提高。同时，也使得动力刀座“一座多能”，能够快速精确地实现钻、立铣、面铣、绞和磨等功能的转换，进一步扩展了已有刀座的加工范围，可以发挥出与小型加工中心主轴相当的功效，并且有效地降低昂贵的刀座固定投资。