数控机床刀具的选择Word格式文档下载.docx
《数控机床刀具的选择Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床刀具的选择Word格式文档下载.docx（20页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
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：
24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
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是指用来联接机床主轴与刀具之间的辅助系统。
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的构成和结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
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
1-45º
端面车刀；
2-90º
外圆车刀；
外螺纹车刀；
4-70º
5-成型车刀；
6-90º
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
10º
-95º
内孔车刀；
11º
1、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2-1TSG82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
50
ST
一般数控机床用锥柄柄部，无机械手夹持槽
40
MTW
无扁尾莫氏锥柄
莫氏锥度号
3
MT
有扁尾莫氏锥柄
1
ZB
直柄接杆
直径尺寸
32
KH
7：
24锥度的锥柄接杆
锥柄的锥度号
45
表2-2TSG82工具系统工具的代号和意义
代号
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
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2-3定心方式代号
前位数字代号
模块联接的定心方式
2
4
5
短圆锥定心
单圆柱面定心
双键定心
端齿啮合定心
双圆柱面定心
表2-4锁紧方式代号
后位数字代号
模块联接的锁紧方式
6
中心螺钉拉紧
径向销钉锁紧
径向楔块锁紧
径向双头螺钉锁紧
径向单侧螺钉锁紧
径向两螺钉垂直方向锁紧
螺纹联接锁紧
3）轴向夹紧力使两模块紧密地接触，增加了刀柄刚性。
4）刀柄精度取决于圆柱配合间隙和结合端面的轴向跳动，这两项制造允差极小，因而制造困难。
5）在配合圆柱的前端设置了直径略小的鼓形导入部分，因而组装时插入较方便。
（2）圆锥定心轴向螺栓拉紧式工具系统（TMG10）TMG10工具系统的联接结构如图2-5所示。
目前国内可以生产。
它有以下特点：
1）模块之间靠短锥定心，用轴向螺栓拉紧。
拉紧后锥面和端面同时紧密接触。
因而定心精度高，联接刚性好。
2）更换工作模块时必须把所有联接模块全部拆卸下来，因此拆卸、组装、调整工作量大。
3）这种模块结构在制造时，即使超差也可修复，因而废品率低。
此外其结构比较简单，生产成本比TMG21工具系统要低些，特别适用于中小型数控铣床和加工中心。
3.高速铣削用的工具系统
高速铣削有许多优点，近年来国内外已使用转速达20000~60000r/min的高速加工中心。
24锥度刀柄镗铣类工具系统存在某些缺点，远不能满足高速铣削要求。
传统主轴7：
24前端椎孔在高速时，由于离心力的作用会发生膨胀，膨胀量的大小随着旋转半径与转速的增大而增大，主轴锥孔成喇叭扩张（见图2-5）。
但7：
24实心刀柄则膨胀较小，引起总的锥度联接刚度降低。
在拉杆拉力作用下，刀具的轴向位置发生变化。
还会引起刀具及夹紧机构质量中心偏离，而影响主轴的动平衡。
由上述可知，刀柄于主轴联接中存在的主要问题是联接刚度、精度、动平衡等性能变差。
目前改进的最佳途径是将原来的仅靠锥面定位改为锥面与端面同时定位。
这种方案最有代表的是德国HSK刀柄、美国的KM刀柄以及日本BIG-plus刀柄。
在高速回转时产生径向扩张
图2-2高速运转中离心力使主轴锥椎孔扩张
德国HSK双面定位型空心刀柄是一种典型的1：
10短锥面工具系统，主要优点：
1）采用锥面和端面过定位的结合方式，提高了结合刚度；
2）锥短部，采用空心结构，质量轻，自动换刀块；
3）采用1：
10锥度，楔紧效果较好，故有较强的抗扭能力；
4）有较高的安装精度。
但这种结构存在的缺点是，与现在的主轴结构和刀柄不兼容；
并且由于过定位安装时制造工艺难度大、制造成本高等优点。
高速铣削时，刀具的旋转速度高，无论从保证精度方面考虑，还是从操作安全方面考虑，对它的装夹技术有很高要求。
原来工具系统的弹簧夹头、螺钉等传统的刀具装夹方法已不能满足高速加工需要。
为此德国Schunk等公司开发了高精度液压夹头，通过使用内六角螺栓扳手拧紧加压螺栓，提高油腔内的油压，促使油腔的内壁均匀径向膨胀，从而起夹紧刀具作用。
这种夹头具有精度高、传递转矩大、结构对称好、外形尺寸小等优点，是高速铣削不可缺少的辅助工具。
热装夹头是继液压夹头之后开发出的另一种新型夹头，它是一种无夹紧远见的夹头，夹紧力比液压夹头大，可传递更大的转矩，并结构对称，更适合模具的高速切削。
2.4刀具尺寸的控制系统与刀具磨损、破损检
2.4.1刀具尺寸的控制系统
在自动化生产中，为了缩短调刀、换刀时间，保证加工精度，提高生产效率，已广泛采用尺寸控制系统。
刀具尺寸控制系统是指加工时对工件已加工表面进行在线自动检测。
当刀具因磨损等原因，使工件尺寸变化而达到某一预定值时，控制装置发出指令，操纵补偿装置，使刀具按指定值进行微量位移，以补偿工件尺寸变化，使工件尺寸控制在公差范围内。
尺寸控制系统由自动测量装置、控制装置和补偿装置组成。
下图所示为典型镗孔尺寸控制系统。
加工后的工件由测头2进行测量，其测量值传递给控制系统3，控制装置将测量值与规定尺寸进行比较，获得尺寸偏差值，然后将偏差值信号转换和放大，再传递给补偿装置4。
补偿装置利用信号，使镗头的镗刀6产生微量位移，然后继续加工下一工件
2.4.2刀具磨损的检测与监控
1.刀具磨损的直接检测与补偿
在加工中心或柔性制造系统中，加工零件的批量小。
为了保证加工精度，较好方法是直接检测刀具的磨损量，并通过补偿机构对相应尺寸误差进行补偿，如图3-6所示的镗刀刀刃的磨损测量原理图。
当镗刀停在测量位置时，测量装置移近刀具并与刀刃接触，磨损测量传感器从刀柄的参考表面上测取读数。
刀刃和参考表面与测量装置的相邻两次接触，其读数变化值即为刀刃的磨损值。
测量过程、数据的计算和磨损值的补偿过程都可以由计算机进行控制和完成。
图2-3镗孔尺寸控制系统
1-已加工工件2-测头3-控制系统4-补偿装置5-测头
6-镗刀7-待加工工件
图2-4镗刀磨损测量
1-参考平面2-磨损传感器3-测量装置4-刀具触头
2.5刀具的选用
数控机床使用的刀具必须具有较高硬度和高耐磨性、足够的强度与韧性以及高的耐热性，还需较好的工艺性与经济性。
数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。
CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是DNC系统微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。
目前，许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题，如，刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。
因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀刃具及切削用量。
2.5.1数控加工常用刀具的种类及特点
数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。
刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。
数控刀具的分类有多种方法。
根据刀具结构可分为：
①整体式；
②镶嵌式，采用焊接或机夹式联接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；
③特殊型式，如复合式刀具、减震式刀具等。
根据制造刀具所用的材料可分为：
①高速钢刀具；
②硬质合金刀具；
③金刚石刀具；
④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。
从切削工艺上可分为：
①车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；
②钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；
③镗削刀具；
④铣削刀具等。
为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。
数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：
①刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小；
②互换性好，便于快速换刀；
③寿命高，切削性能稳定、可靠；
④刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；
⑤刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；
⑥系列化、标准化，所以应尽量采用新型高效刀具，并使刀具规格化和通用化，以减少刀具种类、便于刀具管理。
尽可能采用可转位刀片，磨损后只需更换刀片，从而增加刀具的互换性。
2.5.2数控加工刀具的选择
刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。
应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。
刀具选择总的原则是：
安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。
在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。
刀体一般均用普通碳钢或合金钢制作，如焊接车刀、镗刀、钻头、铰刀的刀柄。
尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选用合金工具钢或整体高速钢制作，如螺纹刀具、成形铣刀、拉刀等。
机夹、可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头，可转位铣刀等的刀体可用合金工具钢制作，如9CrSi或GCr15等。
对于一些尺寸较小、刚度较差的精密孔加工刀具，如小直径镗刀、铰刀，为保证刀体有足够的刚度，宜选用整体硬质合金制作，以提高刀具寿命和加工精度。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。
生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；
铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；
加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；
加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；
对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
在进行自由曲面（模具）加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。
而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。
另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。
在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。
因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。
编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。
目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（3种规格）和锥柄（4种规格）2种，共包括16种不同用途的刀柄。
在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。
一般应遵循以下原则：
①尽量减少刀具数量；
②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；
③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；
④先铣后钻；
⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；
⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率。
1.铣刀的种类
（1）按铣刀的装卡方法分：
1）套装铣刀：
铣刀上具有遇刀杆相配合的圆孔。
2）有尾铣刀：
直径尺寸比较小的立铣刀做成带柄的。
（2）按铣刀的结构分：
1）整体铣刀：
铣刀用一块材料制成。
制造整体铣刀的材料一般为高速钢。
2）镶齿铣刀：
铣刀刀体用普通钢材制造，刀体上开槽，镶上刀齿，刀齿可用高速钢或硬质合金制成。
这种铣刀不仅可以节约贵重材料，而且刀齿损坏后可以更换。
（3）按铣刀形状及用途分：
1立铣刀：
刀齿分布在圆柱的柱面及一个端面上，它有直柄和锥柄两种。
立铣刀用于铣削平面、沟槽和台阶面。
2端铣刀：
刀齿分布在圆柱的柱面及一个端面上，这种铣刀主要用于铣平面和台阶。
3盘铣刀：
这种铣刀除在圆柱的柱面上有齿外，有的一个端面上或两个端面上也有齿，分别称为单面刃盘铣刀、双面刃盘铣刀、三面刃盘铣刀。
圆柱面上刀齿交错倾斜的又称为错齿盘铣刀。
盘铣刀用于铣凹槽和台阶。
4键槽铣刀：
类似立铣刀，但它只有两个刀齿，端面刀齿呈鱼尾状，所以又叫鱼尾铣刀。
这种铣刀用于铣键槽。
5圆柱铣刀：
刀齿分布在圆柱的柱面上。
这种铣刀用于铣削平面。
6锯片铣刀：
铣刀厚度在1~5mm之间，刀齿分布在圆周
升级会员 