数控机床刀具的选择

《数控机床刀具的选择》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床刀具的选择（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章第二章 数控机床刀具的选择数控机床刀具的选择机械加工自动化生产可分为以自动生产线为代表的刚性专用化自动生产和以数控机床为主的柔性通用化自动生产。就刀具而言，在刚性专用化自动生产中，是以提高刀具专用复合化程度来获得最佳经济效益的。而在柔性自动化生产中，为适应随机多变加工零件的需求，尽可能通过提高刀具及其工具系统的标准化、系列化和模块化程度来获得最佳经济效益。本章简述对数控刀具的特殊要求：车削类、镗铣类数控刀具系统；刀具预调、磨损与破损的自动监测。2.1 对数控刀具的要求对数控刀具的要求刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，它不仅影响机床的加上效率，而是直接影响加上质量。编程时，选择刀具

2、通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等多方面的因素。以数控机床为主的柔性自动化加工是按预先编好的程序指令自动地进行加工。应适应加工品种多、批量小的要求，刀具除应具备普通机床用刀具应有的性能外，还应满足下列要求： 1） 刀具切削性能应稳定可靠，避免刀具过早地损坏，而造成频繁地停机。由于刀具和工件材料性能的分散性，以及刀具制造工艺和工作条件控制不言，有相当一部分刀具的切削性能远低于平均性能，使刀具切削性能稳定可靠性差。因此必须严格控制刀具材料的质量，严格贯彻刀具制造工艺，特别是热处理和刃磨工序。严格检查刀具质量，确保刀具切削性能稳定可靠。2） 刀具寿命应有较高的寿命。应选用切削性能好、耐磨

3、性高的涂层刀片以及合理地选择切削用量。3） 保证可靠地断屑、卷屑和排屑。加工时，应不产生紊乱的带状切屑，缠绕在刀具、工件上；不易断屑的刀具应保证切屑顺利的卷曲和排出；避免形成细碎的切屑；精加工是切屑不划伤已加工表面；切屑流出时不妨碍切削液浇注。为了确保可靠地断屑、卷屑和排屑，可采取一下措施：合理选用可转位刀片的断屑槽槽形；合理地调整切削用量；在刀体中设置切削液通道，将切削液直接输送至切削区，有助于清除切屑；利用高压切削液强迫断屑。4） 能快速地换刀或自动换刀。5） 能迅速、精确地调整刀具尺寸。6） 必须从数控加工特点出发来制定数控刀具的标准化、系列化和通用化结构体系。数控工具系统应是一种模块式

4、、层次化可分级更换、组合的体系。7） 对于刀具及其工具系统的信息，应建立完整的数据库及其管理系统。8） 应有完善的刀具组装、预调、编码标识与识别系统。9） 应建立切削数据库，以便合理利用机床与刀具。2.2 刀具快换、自动更换和尺寸预调刀具快换、自动更换和尺寸预调2.2.1 刀具快换或自动更换刀具快换或自动更换1、 刀片转位或更换刀片为了减少换刀时间，数控机床加工时一般都使用可转位刀具。刀具磨损后只需将刀片转位或更换新刀片就可继续切削。它的换刀精度决定与刀片精度和定位精度。目前中等精度刀片适用于粗加工，精密级刀片只适用于半精加工。在精加工时仍需尺寸调整。2、 更换刀头模块生产中正在推广使用模块式

5、车削类工具系统。它具有能完成车、镗、切断、攻螺纹和检测等刀头模块。刀头模块通过中心拉杆来实现快速夹紧或松开。在拉紧时，能使拉紧孔产生微小弹性变形而获得很高的精度和刚度，其径向、轴向精度分别为2um 和5um，自动换刀时间为 2s。3、 更换刀夹 刀具与刀夹一起从数控车床上取下。刀片转位或更换后，在调刀仪上进行调刀。它的特点是可使用较低精度的刀片和刀杆，但刀夹精度要求较高。4、 手动更换刀柄在数控铣床上需连续对工件进行钻、铰、镗、铣、攻螺纹等加工。此时，将各种刀具分别装在刀柄上，并在调刀仪上调整相应尺寸。加工时根据加工顺序连续手动更换刀柄。调刀时的安装基准和刀具在机床上的安装基准一致，均为7：2

6、4 锥柄，可减少安装误差。5、 自动换刀图为带转塔刀架的加工中心。转塔刀架上配制了加工零件所需的刀具。加工时按加工指令转塔刀架转过一个或几个位置来进行自动换刀。换刀动作减少，换刀速度较快。如图所示，在加工中心的刀库中存储着加工所需的刀具。按指令，使机床和刀库的运动互相配合来实现自动换刀，也可通过机械手实现自动换刀，其过程如图所示，在生产批量大的柔性制造系统（FMS）中，为了提高生产率，还可采用更换机床主轴箱来自动换刀。2.2.2数控刀具尺寸预调数控刀具尺寸预调为了确保刀具快换后不经试切切就可获得合格的工件尺寸，数控刀具都在机外预先调整到预定的尺寸。1、 数控刀具尺寸的预调方法 刀具的轴向和径向

7、尺寸的调整方法可根据刀具结构及其所配置工具系统。2、 数控刀具尺寸预调仪数控刀具尺寸预调包括：轴向和径向尺寸、角度等调整和测量。以前用通用量具和夹具组成的预调装置来预调，其精度差又费时，目前已被性能完善的专用预调仪所取代。它具有下列特点：1） 能对静止和回转的刀具自动检测。2） 对长度、角度和半径尺寸的测量精度高。分辨率为 0.5um;重复精度为2um；分度台定位精度为0.01。3） 能确定回转型刀具的偏心和跳动误差。4） 能自动对焦、可实现自动标定循环。5） 配有刀具信息编码的集成读数头。2.3 数控刀具的工具系统数控刀具的工具系统数控刀具的工具系统是指用来联接机床主轴与刀具之间的辅助系统。

8、它除了刀具本身之外，还包括实现刀具快换所必须的定位、夹持、拉紧、动力传递和刀具保护等部分。在柔性自动化生产中，使用刀具种类多，要求换刀迅速。为此，通过标准化、系列化和模块化来提高其通用化程度，且也便于刀具组装、预调、使用、管理以及数据管理。因此研究用较少种类的刀具满足多种工件的加工需求，建立包括刀具、刀夹、刀杆和刀座等工具结构体系，是数控加工基础。为此不少国家和公司都已制定出自己的标准和体系。数控刀具的工具系统按使用范围可分为镗铣类数控工具系统和车削类数控工具系统；按系统的结构特点可分为整体式工具系统和模块式工具系统。2.3.1 车削类数控工具系统车削类数控工具系统车削类数控工具系统的构成和结

9、构一般与下列因素有关。1.机床刀架的形式由于机床刀架形式不同，刀具与机床刀架之间刀夹、刀座也就不同。2.刀具类型刀具类型不同，所需的刀夹就不同。例如定尺寸的钻头和铰刀与非定尺寸的车刀等的刀夹就不同。3.工具系统中动力驱动有动力驱动刀夹与无动力驱动刀夹的结构显然不同，例如图 所示为动力驱动的钻夹头。我国大多数数控车床上所使用车刀，除采用可转位车刀的比率和可转位车刀刀体、刀片的精度略高外，与卧式车床上使用的车刀区别不大。因此至今未能形成我国的车削类工具系统。现介绍目前在我国已较为普及、在国际上被广泛采用的一种整体式车削工具系统。按照国内行业命名方法，可称为 CZG 车削工具系统，它等同于德国标准

10、DIN69880。CZG 车削工具系统与数控车床刀架联结的柄部是由一个有与其轴线垂直的齿条的圆柱和法兰组成。在数控车床的刀架上，安装刀夹柄部圆柱孔的侧面，设有一个有螺栓带动的可移动楔形齿条，该齿条与刀夹柄部上的齿条相啮合，并有一定错位，由于存在这个错位，当旋转螺栓，楔形齿条径向压紧刀夹柄部的同时，使柄部的法兰紧密的贴紧在刀架的定位面上，并产生足够的拉紧力。2.3.2 数控车刀的类型与选择数控车刀的类型与选择车床主要用于回转表面的加工，如内外圆柱面、圆锥棉、圆弧面、螺纹等切削加工。如图所示为常用车刀的种类、形状和用途。图 2-1 车刀的分类与用途1- 45 端面车刀；2-90 外圆车刀；外螺纹车

11、刀；4-70 外圆车刀；5-成型车刀；6-90 左切外圆车刀；7-切断、车槽车刀；8 内孔车槽车刀；9-内螺纹车刀10-95 内孔车刀；11-95 内孔车刀；1、尖形车刀、圆弧形车刀合成行车刀、尖形车刀、圆弧形车刀合成行车刀数控车削常用的车刀一般分为 3 类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀。（1） 尖形车刀A 尖形车刀的特征以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖（同时也称其为刀位点）由直线形的主、副切削刃构成，如 90 内、外圆车刀，左、右端面车刀，切断（车槽）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。用这类车刀加工零件时，其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主

12、切削刃位移后得到。B、尖形车刀的几何参数选择 尖形车刀的几何参数主要指车刀的几何角度，可根据不同的加工对象进行选择。在数控车削加工中，总希望能按照轮廓一刀连续车削出所需要的外形，这时就要对刀具进给路线及加工过程中可能出现的刀具干涉等进行全面考虑，工件形面与车刀的工作主偏角、副偏角应该认真核算（2） 圆弧形车刀A 圆弧形车刀的特征圆弧形车刀是较为特殊的数控加工使用车刀（如图所示）其特征是：构成主切削刃的刀刃形状为一段圆度误差或轮廓度误差很小的圆弧；该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖。因此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，特别适宜于车削各种光滑连接（凹形）的

13、成形面。对于某些精度要求较高的凹去面的车削或大外圆弧面的批量车削，以及尖形车刀所不能完成加工的过象限的圆弧面，宜选用圆弧形车刀进行加工，圆弧形车刀具有宽刃切削性能，能使精车余量保持均匀而改善切削性能，还能一刀车出跨多个象限的圆弧面。i.镗铣类数控刀具系统镗铣类数控刀具系统 镗铣类数控工具系统采用 7：24 椎柄与机床联接。它具有不自锁、换刀方便、定心精度高等优点。它可分为整体式和模块式两大类。1、 整体式镗铣类工具系统这类工具系统的柄部与夹持刀具的工作部分连成一体，不同品种和规格的工作部分都必须带有与机床主轴联接的柄部。我国 TSG82 工具系统是整体式镗铣类工具系统简称，TSG 是镗铣类数控

14、工具系统汉语拼音首写字母的缩写。TSG82 工具系统中各种工具柄部形式和尺寸代号、工具的代号何以一见表 2-1和 2-2表表 2-1 TSG82 工具系统工具柄部的形式工具系统工具柄部的形式柄 部 的 形 式柄 部 的 尺 寸代 号代 号 的 意 义代号的意义举例JT加工中心机床用锥柄柄部，带机械手夹持槽ISO 锥度号50ST一般数控机床用锥柄柄部，无机械手夹持槽ISO 锥度号40MTW无扁尾莫氏锥柄莫氏锥度号3MT有扁尾莫氏锥柄莫氏锥度号1ZB直柄接杆直径尺寸32KH7：24 锥度的锥柄接杆锥柄的锥度号45表表 2-2 TSG82 工具系统工具的代号和意义工具系统工具的代号和意义代号代号的意

15、义代号代号的意义代号代号的意义J装接长杆用刀柄C切内槽工具TZC直角型粗镗刀Q弹簧夹头KJ用于装孔、绞刀TF浮动镗刀KH7：24 锥度快换接头BS倍速夹头TK可调镗刀Z（J）用于装钻夹头H倒锪端面刀X用于装铣削刀具MW装无扁尾莫氏锥柄刀具T镗孔刀具XS装三面刃铣刀用M装带扁尾莫氏锥柄刀具TZ直角镗刀XM装面铣刀用G攻螺纹夹头TQW倾斜式微调镗刀XDZ装直角面铣刀用2、 模块式镗铣类工具系统随着数控机床的推广使用，工具的需求量迅速增加。为了克服整体式工具系统规格品种繁多，给生产、使用和管理带来许多不便的缺点。20 世纪 80 年代以来相继开发了模块式镗铣类工具系统。镗铣类模块式工具系统的名称用汉

16、语拼音词组的字头命名，简称 TMG 系统。为了区别不同结构的模块式工具系统，需在 TMG 之后加上两位数字，前位数字表示模块联接的定心方式，各种定心方式的数字代号见表 2-3。后位数字表示模块联接的锁紧方式，各种锁紧方式的数字代号见表 2-4。各工具模块型号以及拼装后刀柄型号编写方法见有关标准。（1）圆柱定心径向销紧式工具系统（TMG21） 我国目前生产的 TMG21 模块式工具系统的联接结构，它相当于德国 KOMET 公司开发的 ABS 工具系统，两个工具系统的产品可以互换阻接。TMG21 工具系统的特点如下：1）模块之间采用径向锁紧，使得工具拆装非常方便。更换刀具或工作模块时，不必卸下整套工具，特别适用于重型数控镗铣床。2）紧固螺钉和固定螺钉的轴线与滑销的轴线不在同一轴线上。旋紧紧固螺钉，使滑销两端锥面分别与紧固螺钉和固定螺钉相应的锥面相互作用，产生的轴向力约为径向锁紧力的 2 倍，因而夹紧力大。表表 2-3 定心方式代号定心方式代号 前位数字代号模块联接的定心方式12345短圆锥定心单圆柱面定心