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1、第一章数控加工工艺与编程基础 第二章数控刀具 第三章数控车削加工工艺制定与编程 第四章数控镗铣削加工工艺制定与编程 第五章数控电火花线切割加工工艺制定与编程,目 录,第二章数控刀具,本章学习目的 熟悉数控刀具的种类和特点，明确数控刀具材料对加工的影响并合理选用刀具的材料;掌握刀具的失效形式以及可转位刀片型号、特性和选择方法;熟悉掌握数控刀具系统组成及应用并合理选择数控刀柄;了解高速加工时所用刀柄和夹头的特性。,第一节 数控刀具的种类及特点 一、数控刀具的种类,第二章 数控刀具,第一节 数控刀具的种类及特点,数控刀具从制造所采用的材料上可分为,(1)高速钢刀具 (2)硬质合金刀具-使用最普遍 (
2、3)陶瓷刀具 (4)立方氮化硼刀具 (5)聚晶金刚石刀具,第一节 数控刀具的种类及特点,德国产数控镗刀（加工中心 ）,曲轴高速外铣刀,根据数控机床工具系统的发展，可分为整体式工具系统和模块化式工具系统。,目前的数控工具形成了两大系统: 车削工具系统和镗铣类工具系统,二、数控刀具的特点,要有高的切削效率,要有高的精度和重复定位精度,要有高的可靠性和耐用度,具有完善的系列化、标准化工具系统,建立完备的刀具管理系统,第二节 数控刀具材料,一、刀具材料的性能,表2-1:切削用刀具材料具备的性能,数控刀具的材料,高速钢,钨钴类K（YG类）,钨钛钴类P（YT类）,Mo系高速钢,W系高速钢,硬质合金,钨钛钽
3、（铌）钴类M（YW类）,陶瓷,纯氧化铝类（白色陶瓷）,TiC添加类（黑色陶瓷）,立方碳化硼,聚晶金刚石,各种刀具材料,高速钢(High speed steel) 主要特征有： 合金元素含量多、结晶颗粒细，淬透性极好，可使刀具整体的硬度一致。 耐磨性好且比硬质合金韧性高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击较弱。,K类国家标准YG类，成分为WC+Co，适于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料。 P类国家标准YT类，成分为WC+TiC，适于加工长切屑的黑色金属 。 M类国家标准YW类，成分为WC+TiC+TaC，适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属。成分和性能介于K类和P类之间，可用来加
4、工钢和铸铁。,硬质合金（Cemented carbide）,在国际标准(1SO)中通常又分别在K、P、M三种代号之后附加01、05、10、20、30、40、50等数字更进一步细分。 数字越小者，硬度越高但韧性越低；数字越大, 韧性越高但硬度越低 。,注意,涂层硬质合金刀片,涂层硬质合金刀片是在韧性较好的工具表面涂上一层耐磨损、耐溶着、耐反应的物质，使刀具在切削中同时具有既硬而又不易破损的性能。 涂层的方法分为两大类，一类为物理涂层(PVD)；另一类为化学涂层(CVD)。,标准长方端端铣刀氮化铝钛涂层型涂层硬质合金刀具,陶瓷刀具 基本上由两大类组成：类为纯氧化铝类(白色陶瓷) 另一类为TiC添加
5、类(黑色陶瓷),陶瓷材料具有高硬度，高温强度好(约2 000下亦不会融熔)的特性，化学稳定性亦很好，但韧性很低。 多用于高速连续切削，例如铸铁的高速加工 陶瓷刀具很容易因热裂纹产生崩刃等损伤，且切削温度亦较高 在耐热合金等难加工材料的加工中有广泛的应用,陶瓷刀具的优越性： 1.可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料，例如硬度高达HRC65的各类淬硬钢和硬化铸铁。因而可免除退火加工消耗的电力；并因此也可提高工件的硬度，延长机器设备的使用寿命； 2.不仅能对高硬材料进行粗、精加工，也可以进行铣削、刨削、断续切削和毛坯拨荒粗车等冲击力很大的加工； 3.刀具寿命比传统刀具高几倍至几十倍，减少了
6、加工中的换刀次数，保证被加工工件的小锥度和高精度； 4.可进行高速切削或实现“以车、铣代磨”，切削效率比传统刀具高3-10倍，达到节约工时、电力、机床数30%-70%或更高的效果； 5.采用地壳中最丰富的元素Si、Al等为原料，节约大量的战略性贵重金属W、Co等。,立方氮化硼(CBN),硬度略逊于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，并且与元素亲和力小，不易产生“积屑瘤” 切削加工普通灰铸铁时，一般来说线速度300mmin以下采用涂层硬质合金，300-500m min以内采用陶瓷，500mmin以上用CBN刀具材料 超高速加工的首选刀具材料,立方氮化硼(CBN) 珩磨条,聚晶金刚石(PCD),金刚石
7、刀具与铁系金属有极强的亲和力，切削中刀具中 的碳元素极易发生扩散而导致磨损 ; 与其他材料的亲和力很低，切削中不易产生粘刀现象 ; 只适用于高效地加工有色金属和非金属材料 ; 不宜用于可能会产生高温的切削中,金 刚 石 CBN 小 砂 轮,材料的硬度、耐磨性，金刚石最高，递次降低到高速钢。 材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低,耐磨性 切削速度,韧性，进给量,PCD CBN,三、数控刀具的失效形式 在切削过程中，刀具磨损到一定限度，刀刃崩刃或破损，刀刃卷刃（塑变）时，刀具丧失其切削能力或无法保障加工质量，则称之为刀具失效。,崩刀主要原因是刃口的过度磨损和较高的应力，也可能由于刀具材料过硬，切削
8、刃强度不够及进给量太大造成。,由机械应力引起的出现在后刀面上的磨擦磨损，由于刀具材料过软，刀具的后角偏小，加工过程中切削速度太高，进给量太大造成。,塑性变形 切削刃在高温或高应力作用下产生的变形，由于切削速度、进给速度太高以及工件材料中的硬质点，刀具材料太软和切削刃温度很高等原因。,前刀面磨损（月牙洼磨损） 在前刀面上由摩擦和扩散导致的磨损。主要由切屑和工件材料的接触以及对发热区域的扩散、外刀具材料过软，加工过程中切削速度太高，进给量太大，也是原因。,积屑瘤 工件材料在刀具上的粘附，积屑瘤降低加工表面质量并会改变切削刃形状最终导致崩刃。采取的对策有提高切削速度，选择涂层硬质合金或金属陶瓷等亲和
9、力小的刀具材料，并使用冷却液。,热裂纹 由于断续切削时温度变化产生的垂直于切削刃的裂纹，可降低工件表面质量并导致刃口剥落，应选择韧性好的合金材料，同时减小进给量和切削深度，并进行干式冷却或在湿式切削时必须有充足的冷却液。,第三节 可转位刀片,一、可转位刀片代码,按国际柄准IS018321985，可转位刀片的代码表示方法是由10位字符串组成的，其排列如下：,1-刀片的几何形状及其夹角。 2-刀片主切削刃后角(法后角)。 3-公差 表示刀片内接圆d与厚度s的精度级别。 4-刀片形式、紧固方法或断屑槽。 5-刀片边长、切削刃长。 6-刀片厚度。 7-修光刀 刀尖圆角半径，或主偏角，或修光刃后角 8-
10、切削刃状态 尖角切削刃或倒棱切削刃。 9-进刀方向或倒刃宽度。 10各刀具公司的补充符号或倒刃角度。,例 车刀可转位刀片CNMGl20408ENUB公制型号表示含义 C -80菱形刀片形状； N-法后角为0 ； M-刀尖转位尺寸允(008018)mm，内接圆允差(0.05013)mm，厚度允差0.13 mm； G-圆柱孔双面断屑槽； 12-内接圆直径12.7mm； 04-厚度476 mm； 08刀尖圆角半径08 mm； E-倒圆刀刃； N-无切削方向； UB-半精加工。,二、可转位刀片的断屑槽槽型 我国标准GB 208087中所表示的槽形为v形断屑槽，槽宽为 V01 m、V1=1 mm、V2=
11、2mm、V3=3m、V4=4mm等五种,三、可转位刀片的夹紧方式,对刀片的夹紧方式有如下基本要求： (1)夹紧可靠，不允许刀片松动或移动。 (2)定位准确，确保定位精度和重复精度。 (3)排屑流畅，有足够的排屑空间。 (4)结构简单，操作方便，制造成本低，转位动作快 常见的可转位刀片的夹紧方式有以下几种：杠杆式、楔块上压式、螺钉上压式等多种方式。,四、可转位刀片的选择 1刀片材料选择 选择刀片材料，主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度要求、切削载荷的大小以及切削过程中有无冲击和振动等。 2刀片尺寸选择 刀片尺寸的大小取决于必要的有效切削刃长度。 有效切削刃长度与背吃刀量和主偏角有关 3刀
12、片形状选择 刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素来选择。,切削刃强度增强，振动加大 通用性增强，所需功率减小,4刀片的刀尖半径选择,刀尖圆弧半径的大小直接影响刀尖的强度及被加工零件的表面粗糙度。 刀尖圆弧半径大，表面粗糙度值增大，切削力增大且易产生振动，切削性能变坏，但刀刃强度增加，刀具前后刀面磨损减少。 通常在切深较小的精加工、细长轴加工、机床刚度较差情况下，选用刀尖圆弧较小些；而在需要刀刃强度高、工件直径大的粗加工中，选用刀尖圆弧大些。,国家标准GB207787规定刀尖圆角半径的尺寸系列为0.2、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0、2.4、3.
13、2mm,第四节 工具系统,一、工具系统,按使用范围可分为车削类数控工具系统和镗铣类数控工具系统 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。,二、车削类工具系统,图2-20 整体式工具系统组成,图2-22 模块式工具系统组成,四、数控机床的刀柄,加工中心上使用的刀具由刃具部分和连接刀柄两部分组成。刃具部分包括钻头、铣刀、铰刀等。加工中心机床有自动换刀装置，连接刀柄时要满足机床主轴自动松开和拉紧定位、准确安装各种切削刃具、适应机械手的夹持和搬运、储存和识别刀库中各种刀具的要求。加工中心刀柄采用ISO7388/1（GB1094489） 自动换刀机床用7：24圆锥工具柄部40、45、50号
14、圆锥柄，,四、数控机床的刀柄,拉钉具体尺寸见ISO7388/2（GB1094589）自动换刀机床用7：24圆锥工具柄部40、45、50号圆锥柄用拉钉。本标准包括两种型式的拉钉，其中A型用于不带钢球的拉紧装置，结构参数见图2-25；B型用于带钢球的拉紧装置，结构参数见图2-26。柄部及拉钉的具体尺寸可查阅上述标准。,四、数控机床的刀柄,选用加工中心刀柄时的注意事项 ： 1. 根据机床上典型零件的加工 工艺来选择刀柄 2刀柄配置数量 3刀柄的柄部型式是否正确 4刀柄的柄部型式是否正确 5选用模块式刀柄和复合刀柄 要综合考虑,五、高速切削用刀柄和高速夹头,HSK刀柄 HSK双面定位型空心刀柄是一种典
15、型的1：10短锥面刀具系统。HSK刀柄由锥面（径向）和发兰端面（轴向）共同实现与主轴的连接刚性，由锥面实现刀具与主轴的同轴度，锥柄的锥度为1：10。这种结构的主要特点是： （1）采用锥面、端面过定位的结合形式，可以有效地提高结合刚度。 （2）因锥部长度短和采用空心结构后质量较轻，所以自动换刀动作快，缩短移动时间，加快刀具移动速度，有利于实现ATC的高速化。HSK刀柄和普通刀柄的外形结构见右图。 （3）采用1：10的锥度，与7：24锥度相比锥部较短，楔形效果好，可以有较强的抗扭能力，且能抑制因振动产生的微量位移。 （4）具有较高的重复安装精度。 （5）刀柄与主轴间由扩张爪紧锁，转速越高，扩张爪的
16、离心力越大，紧锁力越大，所以这种刀柄具有良好的高速性能，即在高速转动产生的离心力作用下，刀柄能牢固紧锁。,2.三棱变形静压夹头 三棱变形静压夹头是利用夹头本身的变形力来夹紧刀具，其定位精度可控制在3m以内。工作原理，该夹头的内孔在自由状态下为三棱形，三棱的内切圆直径小于要装夹的刀柄直径，利用一个液压加力装置，对夹头施加外力，使夹头内孔变为圆孔，孔径略大于刀柄直径。此时插入刀柄，然后去掉所加的外力，内孔重新收缩成三棱形，对刀柄实行三点夹紧。这种夹头具有结构紧凑，对称性好，精度高，与热装夹头相比，刀具装卸简单，且适用于不同膨胀系数的硬质合金刀柄和高速钢刀柄。目前正逐渐应用于高速加工中。,思 考 练 习 题 2-1 数控机床刀具按结构分类可分为哪几类?有何特点? 2-2 数控刀具具备哪些特点? 2-3 数控刀具的材料有哪些?分别按硬度和韧性分析其性能。 2-4 分析刀具破损的主要形式及产生原
