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1、十二章数控刀具及其工具系统 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望13.1 自动线刀具自动线刀具 13.1.1 自动线刀具要求自动线刀具要求 1.要求:要求:自动线生产率高、辅助时间少自动线生产率高、辅助时间少2.特点:特点:1切削性能稳定可靠切削性能稳定可靠2可靠的断屑和卷屑可靠的断屑和卷屑 3应具有高的精度应具有高的精度 4精确而迅速的调整精确而迅速的调整 5快速或自动更换快速或自动更换 6各种必要的刀具工作状态检测装置各种必要的刀具工作状态检测装置
2、7复合程度高复合程度高 8标准化、系列化和通用化标准化、系列化和通用化 一、切削性能稳定可靠一、切削性能稳定可靠要求:要求:具有高的硬度,足够的强度和韧性以及较具有高的硬度,足够的强度和韧性以及较好的耐磨性和热硬性。好的耐磨性和热硬性。2.评价指标:评价指标:1)尺寸耐用度指标T2)可靠性指标Tp 尺寸耐用度尺寸耐用度是指刀具在两次调整之间所能加工出是指刀具在两次调整之间所能加工出的符合尺寸精度的合格零件数量或相应的加工时间的符合尺寸精度的合格零件数量或相应的加工时间.规定可靠度规定可靠度P P0.90.9(即(即90%90%)时刀具的切削时间)时刀具的切削时间 如如T T0.90.9=1=1
3、小时,表示刀具耐用度为小时,表示刀具耐用度为1 1小时其可靠小时其可靠性为性为90%90%二、可靠的断屑和卷屑二、可靠的断屑和卷屑 意义:意义:2.方法:方法:不影响刀具的寿命,不影响刀具的寿命,不妨碍自动线的工作循环,不妨碍自动线的工作循环,不妨碍切削液的浇注,不妨碍切削液的浇注,不擦伤加工表面,不擦伤加工表面,不影响零件的输送和定位等。不影响零件的输送和定位等。采用断屑块和断屑槽;采用断屑块和断屑槽;采用特殊形状的容屑槽断屑;采用特殊形状的容屑槽断屑;有高压切削液强迫断屑;有高压切削液强迫断屑;利用振动和间断切削断屑等利用振动和间断切削断屑等。三、应具有高的精度三、应具有高的精度 1 1)
4、刀具及其装夹结构也必须具有很高的精度,能保证在机)刀具及其装夹结构也必须具有很高的精度,能保证在机床上的安装精度(通常在床上的安装精度(通常在0.005mm以内)和重复定位精度。以内)和重复定位精度。2 2)刀具切削部分的几何尺寸变化要小,刀杆和刀片反复装)刀具切削部分的几何尺寸变化要小,刀杆和刀片反复装卸也应能保持精度稳定。卸也应能保持精度稳定。3 3)装刀片的刀杆的加工精度也应提高。或者选用精化刀具,)装刀片的刀杆的加工精度也应提高。或者选用精化刀具,以保证高要求的刀尖位置精度。以保证高要求的刀尖位置精度。四、精确而迅速的调整四、精确而迅速的调整四、精确而迅速的调整四、精确而迅速的调整 为
5、了保证工件尺寸在预定的公差范围内,必须对刀具及为了保证工件尺寸在预定的公差范围内,必须对刀具及时进行调整。为了减少调整时间,这种调整应当是简便迅速时进行调整。为了减少调整时间,这种调整应当是简便迅速的。的。五、快速或自动更换五、快速或自动更换 意义:意义:2.方法:方法:减少因换刀而造成的停机时间减少因换刀而造成的停机时间(1 1)机外调整刀具)机外调整刀具(2 2)采用耐用度计数器)采用耐用度计数器 在预调室内把刀具的相对尺寸调整好,在预调室内把刀具的相对尺寸调整好,然后再装到机床上,使之能与机床快速、准然后再装到机床上,使之能与机床快速、准确地接合和脱开,并能适应机械手或机器人确地接合和脱
6、开,并能适应机械手或机器人的操作。的操作。按规定耐用度定时更换刀具按规定耐用度定时更换刀具(即是在即是在自动线的自动循环过程中换刀自动线的自动循环过程中换刀)3.因此:因此:联联接接刀刀具具的的刀刀柄柄、刀刀杆杆、接接杆杆和和装装夹夹刀刀头头的的刀刀夹夹,已已发展成工具系统。发展成工具系统。六、各种必要的刀具工作状态检测装置六、各种必要的刀具工作状态检测装置 生产过程中往往会由于一些偶然性因素,诸生产过程中往往会由于一些偶然性因素,诸如刀具或刀片、以及工件材料上的一些缺陷造成如刀具或刀片、以及工件材料上的一些缺陷造成刀具的突然崩刃或折断,这时就必须及时报警。刀具的突然崩刃或折断,这时就必须及时
7、报警。意义:意义:2.原理:原理:随时将刀具状态(磨损或破损)的监测结果随时将刀具状态(磨损或破损)的监测结果输入计算机,及时发出调整或更换刀具的指令,输入计算机,及时发出调整或更换刀具的指令,以保证工作循环的正常进行与加工质量以保证工作循环的正常进行与加工质量 该装置的性能必须稳定可靠,防止意外事故,避该装置的性能必须稳定可靠,防止意外事故,避免不必要的损失。免不必要的损失。3.要求:要求:七、复合程度高七、复合程度高 意义:意义:2.方法:方法:减少刀具数量,降低刀具管理难度减少刀具数量,降低刀具管理难度。提高生产效率,保证加工精度。提高生产效率,保证加工精度。如钻如钻-扩、扩扩、扩-铰、
8、扩铰、扩-镗等镗等 八、标准化、系列化和通用化八、标准化、系列化和通用化 有利于编排加工程序和刀具的管理有利于编排加工程序和刀具的管理 13.1.2 自动化加工中刀具尺寸的补偿方法自动化加工中刀具尺寸的补偿方法 一、一、刀具尺寸补偿的刀具尺寸补偿的优点:优点:1)能够补偿由于刀具磨损而造成工件径向尺寸的变化,刀具)能够补偿由于刀具磨损而造成工件径向尺寸的变化,刀具材料可充分利用;材料可充分利用;2)加快调整速度,大大减少循环外的时间损耗,提高机床负)加快调整速度,大大减少循环外的时间损耗,提高机床负荷率;荷率;3)提高调整精度,从而可大大缩小工件径向尺寸分布区;)提高调整精度,从而可大大缩小工
9、件径向尺寸分布区;4)对刀具或刀片的制造精度的要求可以降低,从而降低了制)对刀具或刀片的制造精度的要求可以降低,从而降低了制造成本;造成本;5)如果把测量装置与补偿装置接合起来,并使其自动化,便)如果把测量装置与补偿装置接合起来,并使其自动化,便可实现刀具的自动补偿功能。可实现刀具的自动补偿功能。二、二、刀具补偿方式的分类刀具补偿方式的分类:1.1.位移和变位两种主要方式位移和变位两种主要方式(见表(见表12.1)2.2.按刀具位移方式补偿又可分为按刀具位移方式补偿又可分为四类:四类:1 1)利用刀具直线运动进行补偿,常见于镗刀和车刀的补)利用刀具直线运动进行补偿,常见于镗刀和车刀的补偿;偿;
10、2 2)利用刀具摆动,使刀具的刀尖产生径向微量位移补偿,)利用刀具摆动,使刀具的刀尖产生径向微量位移补偿,可用于镗刀的补偿;可用于镗刀的补偿;3 3)利用刀夹弹性变形,使刀具的刀尖产生径向微量位移)利用刀夹弹性变形,使刀具的刀尖产生径向微量位移来进行补偿。常用于镗刀的自动补偿;来进行补偿。常用于镗刀的自动补偿;4 4)利用刀头张开的方式进行微量补偿,多用于铰刀的补)利用刀头张开的方式进行微量补偿,多用于铰刀的补偿。偿。表12.1 刀具补偿方式 刀具补偿方式图示应 用刀具移 动镗 刀车 刀摆 动镗 刀位移刀夹变形常用于镗刀自动补偿装置刀头张开拉 刀镗杆变位常用于镗刀自动补偿装置三、尺寸自动补偿系
11、统三、尺寸自动补偿系统 在自动化加工中,对于精加工,多采用加工过程中在自动化加工中,对于精加工,多采用加工过程中的尺寸控制系统,即的尺寸控制系统,即尺寸自动误差补偿系统尺寸自动误差补偿系统来提高加工来提高加工精度和刀具耐用度。精度和刀具耐用度。所谓所谓尺寸误差系统尺寸误差系统,是对加工过程中的工件已加工,是对加工过程中的工件已加工表面尺寸进行自动误差检测和处理,使之转化为控制信表面尺寸进行自动误差检测和处理,使之转化为控制信息,以控制补偿执行装置,使刀具按预定的数值产生径息,以控制补偿执行装置,使刀具按预定的数值产生径向微量位移,以补偿刀具磨损等原因所造成工件尺寸的向微量位移,以补偿刀具磨损等
12、原因所造成工件尺寸的变化,从而提高加工精度。变化,从而提高加工精度。尺寸尺寸补偿补偿系系统统是由是由自动测量装置自动测量装置、控制装置控制装置和和补偿补偿执行装置执行装置三部分组成三部分组成 1.尺寸自动补偿系统尺寸自动补偿系统图图12.1 12.1 车刀尺寸自动补偿系统图车刀尺寸自动补偿系统图 2.尺寸自动补偿系统的分类尺寸自动补偿系统的分类直接补偿和间接补偿直接补偿和间接补偿 直接补偿直接补偿:以工件的以工件的实测误实测误差差为为依据依据进进行行误误差差补偿补偿来提高加工精度来提高加工精度 间接补偿间接补偿:仅对仅对机床机床执执行部件的位置坐行部件的位置坐标误标误差差进进行行补偿补偿 大部
13、分为间接补偿大部分为间接补偿 四、尺寸补偿执行装置四、尺寸补偿执行装置 由于尺寸补偿系统都是用于精加工的,补偿量又是由于尺寸补偿系统都是用于精加工的,补偿量又是微量的,要达到补偿的效果,关键在于补偿装置的工作微量的,要达到补偿的效果,关键在于补偿装置的工作性能。它的基本要求有:性能。它的基本要求有:1 1)能保证补偿精度与补偿范围。)能保证补偿精度与补偿范围。2 2)具有良好的频率响应特性和良好的线性与稳定性。)具有良好的频率响应特性和良好的线性与稳定性。3 3)具有足够的刚度。)具有足够的刚度。4 4)装置应结构紧凑,组成的零件尽可能少,所占空间小,以利于)装置应结构紧凑,组成的零件尽可能少
14、,所占空间小,以利于装置的合理布置。装置的合理布置。5 5)要防止由于切削液或切屑的干扰所造成的不得影响。)要防止由于切削液或切屑的干扰所造成的不得影响。6 6)具有控制简单、成本低廉的特点。)具有控制简单、成本低廉的特点。把刀具安装在补偿执行装置的可动件上,或者把补偿运动把刀具安装在补偿执行装置的可动件上,或者把补偿运动直接传递给工件而不经过中间环节直接传递给工件而不经过中间环节 实现:实现:五、补偿执行装置结构五、补偿执行装置结构 1.一种车床加工用补偿刀架一种车床加工用补偿刀架 车刀车刀2 2安装在刀架安装在刀架3 3上,上,4 4为压电晶体补偿元件。为压电晶体补偿元件。这种刀架的补偿原
15、理是利用某些压电晶体的电这种刀架的补偿原理是利用某些压电晶体的电伸缩特性,在直流电压(一般为伸缩特性,在直流电压(一般为0 0300V300V)作用下,)作用下,补偿元件补偿元件4 4伸长,使刀架体伸长,使刀架体3 3产生弹性变形带动车刀产生弹性变形带动车刀向左移一个微位移,达到尺寸补偿目的。向左移一个微位移,达到尺寸补偿目的。补偿量要根据所用压电晶体的电压和位移关系补偿量要根据所用压电晶体的电压和位移关系而定。而定。12.2 12.2 补偿刀架补偿刀架 2.一种镗刀压电晶体补偿装置一种镗刀压电晶体补偿装置 镗刀镗刀7 7利用螺钉利用螺钉1010固定在套筒固定在套筒8 8中,螺钉中,螺钉111
16、1用于调整镗刀位置。用于调整镗刀位置。通交流电或脉冲直流电时,压电晶体管通交流电或脉冲直流电时,压电晶体管3 3在每个交流电的正半波在每个交流电的正半波(或脉冲直流电的每一个脉冲)时伸长,克服弹性涨套(或脉冲直流电的每一个脉冲)时伸长,克服弹性涨套5 5与压板与压板6 6之之间的碟形弹簧间的碟形弹簧9 9的弹力,将固定镗刀的套筒顶出,使镗刀获得径向的弹力,将固定镗刀的套筒顶出,使镗刀获得径向微量位移。在每个交流电的负半波(或脉冲直流电的两脉冲之间)微量位移。在每个交流电的负半波(或脉冲直流电的两脉冲之间)时,压电晶体管时,压电晶体管3 3缩短。但由于圆柱弹簧缩短。但由于圆柱弹簧1 1的作用,楔
17、块的作用,楔块2 2随时间向随时间向左移动左移动,顶紧缩短了的压电晶体管顶紧缩短了的压电晶体管3 3,因而镗刀不会退回,完成补偿,因而镗刀不会退回,完成补偿作用。如果持续通电,则镗刀继续作径向微量位移,补偿量决定于作用。如果持续通电,则镗刀继续作径向微量位移,补偿量决定于持续通电时间。当镗刀已经磨损到必须换刀时,则将所有调整元件持续通电时间。当镗刀已经磨损到必须换刀时,则将所有调整元件重新复位待用。重新复位待用。安装在绝缘套安装在绝缘套4 4内的弹簧触片内的弹簧触片1414压向压电晶体管并与之绝缘,压向压电晶体管并与之绝缘,另一端用导线使其与装在镗杆另一端用导线使其与装在镗杆1515外部的插头
18、外部的插头1212连接起来,此插头装连接起来,此插头装入镗杆中的绝缘螺塞入镗杆中的绝缘螺塞1313内。导线与弹簧触片及其与压电晶体管之间内。导线与弹簧触片及其与压电晶体管之间的接触必须良好。这三者均置于绝缘套中,以保证它们与外部绝缘。的接触必须良好。这三者均置于绝缘套中,以保证它们与外部绝缘。结构简单和成本低,适应于精加工。结构简单和成本低,适应于精加工。使用时要特别注意避免污染及切削液的影响。使用时要特别注意避免污染及切削液的影响。注意注意图图12.3 12.3 镗刀压电晶体补偿装置镗刀压电晶体补偿装置 12.1.3 自动线刀具的更换自动线刀具的更换 强制更换强制更换强制更换强制更换 不同规
19、格的刀具以不同的切削用量在工作,其耐用度不同规格的刀具以不同的切削用量在工作,其耐用度相差悬殊,按其耐用度的大小进行分组,实现分批定期强相差悬殊,按其耐用度的大小进行分组,实现分批定期强制更换。各组应设有计算刀具实际工作循环的计数器,当制更换。各组应设有计算刀具实际工作循环的计数器,当达到规定循环数时,便发出信号,进行强制换刀。达到规定循环数时,便发出信号,进行强制换刀。强制检查强制检查强制检查强制检查 如果各把刀具的耐用度相差甚大,又难于按组进行强如果各把刀具的耐用度相差甚大,又难于按组进行强制换刀时,最好对它们进行强制检查,调整工在进行检查制换刀时,最好对它们进行强制检查,调整工在进行检查
20、刀具的同时要更换已用钝了的这一组刀具,这样可以减少刀具的同时要更换已用钝了的这一组刀具,这样可以减少刀具破损的危险性。刀具破损的危险性。更换刀具的基本方式:更换刀具的基本方式:更换刀具的基本方式:更换刀具的基本方式:更换刀片更换刀片更换刀具更换刀具更换刀夹更换刀夹更换刀柄更换刀柄1.更换刀片更换刀片适用适用适用适用优点优点优点优点1 1)被更换元件小,装卸轻便。若是可转位刀具,当一个)被更换元件小,装卸轻便。若是可转位刀具,当一个切削刃磨损后,只需将刀片转位,由新的一边切削刃进行切削刃磨损后,只需将刀片转位,由新的一边切削刃进行切削,待几边切削刃都磨损后才更换刀片;切削,待几边切削刃都磨损后才
21、更换刀片;2 2)刀体不换,减少了刀体的周转量及制造量;)刀体不换,减少了刀体的周转量及制造量;3 3)换刀精度由刀片精度保证,随着刀片精度的提高及精)换刀精度由刀片精度保证,随着刀片精度的提高及精密级刀片产量和品种的增加,采用更换刀片的换刀方式就密级刀片产量和品种的增加,采用更换刀片的换刀方式就更显示出优越性,因为这时无需作任何调整。更显示出优越性,因为这时无需作任何调整。缺点缺点缺点缺点1 1)为了保证刀片的互换性及换刀精度,对刀片的质量要求)为了保证刀片的互换性及换刀精度,对刀片的质量要求较高,各个表面均需磨削,以提高刀片精度和粗糙度等级,较高,各个表面均需磨削,以提高刀片精度和粗糙度等
22、级,从而使制造成本增加;从而使制造成本增加;2 2)由于自动线上布置拥挤,机床上的工作空间很小)由于自动线上布置拥挤,机床上的工作空间很小,刀片刀片的携拆装以及刀片支承面的清理不方便;的携拆装以及刀片支承面的清理不方便;用于数控机床和自动线上个别工序和多刀加工机床上用于数控机床和自动线上个别工序和多刀加工机床上 只适用于机械夹固式刀具(含可转位刀具)只适用于机械夹固式刀具(含可转位刀具)2.更换刀具更换刀具优点优点优点优点1 1)对对刀片的精度及粗糙度要求不高,降低了刀片制造成刀片的精度及粗糙度要求不高,降低了刀片制造成本;本;2 2)可在机外)可在机外进进行行换换刀刀预调预调,能保,能保证较
23、证较高的高的换换刀精度;刀精度;3 3)换换刀刀简简便迅速。便迅速。缺点缺点缺点缺点1 1)对对刀体的精度和粗糙度要求刀体的精度和粗糙度要求较较高,刀体高,刀体须经过须经过磨制;磨制;2 2)刀具上)刀具上备备有有调调整装置,刀具制造成本高;整装置,刀具制造成本高;3 3)需有机外的)需有机外的预调预调装置。装置。3.更换刀夹更换刀夹适用适用适用适用优点优点优点优点1 1)对对刀片和刀体的精度要求都不高;刀片和刀体的精度要求都不高;2 2)可在机外)可在机外进进行更行更换预调换预调,换换刀精度很高;刀精度很高;3 3)有利于自)有利于自动换动换刀。刀。缺点缺点缺点缺点1 1)被更)被更换换的元
24、件大而笨重,装卸不方便;的元件大而笨重,装卸不方便;2 2)需)需专门设计专门设计刀刀夹夹,刀,刀夹夹的制造精度要求的制造精度要求较较高;高;3 3)与更)与更换换刀体方式比刀体方式比较较,机外,机外对对刀装置更刀装置更为为复复杂杂,调调整也整也比比较较麻麻烦烦;4 4)影响刀架系)影响刀架系统刚统刚性。性。用于数控机床上的自动换刀装置,也可用于自动线上。用于数控机床上的自动换刀装置,也可用于自动线上。4.更换刀柄更换刀柄适用适用适用适用优点优点优点优点1 1)便于采用)便于采用标标准工具;准工具;2 2)同)同类类机床上的刀柄可以通用,便于系列化、机床上的刀柄可以通用,便于系列化、标标准化准
25、化 缺点缺点缺点缺点1 1)刀具与刀柄的)刀具与刀柄的连连接往往需用莫氏接往往需用莫氏锥锥套等中套等中间环节间环节,影响,影响刀具的定位精度和刀具的定位精度和刚刚性;性;2 2)需)需专门专门的机外的机外预调预调装置。装置。广泛用于数控机床及自广泛用于数控机床及自动线动线上的上的铣铣刀、刀、镗镗刀、刀、丝锥丝锥以及以及钻钻头头、扩扩孔孔钻钻、铰铰刀等孔加工刀具的更刀等孔加工刀具的更换换。图12.4 更换刀具的基本方式a)更换刀片更换刀片 b)更换刀具更换刀具 c)更换刀夹更换刀夹 d)更换刀柄更换刀柄12.1.4 自动化加工中工具系统自动化加工中工具系统 工具系统工具系统包括加工时所用的一系列
26、刀具及装夹刀具(已包括加工时所用的一系列刀具及装夹刀具(已标准化标准化)整体结构工具系统整体结构工具系统 我国用于镗铣类数控机床的工具系统我国用于镗铣类数控机床的工具系统 模块式工具系统模块式工具系统 不同品种和规格的装刀部分都必须加工出一个能与机不同品种和规格的装刀部分都必须加工出一个能与机床相连接的柄部,所以致使工具的规格、品种繁多。床相连接的柄部,所以致使工具的规格、品种繁多。把工具的柄部和工作部分分割开来,制成各种系列化的模把工具的柄部和工作部分分割开来,制成各种系列化的模块,然后使用不同规格的中间模块,组装成一套套不同规格的块,然后使用不同规格的中间模块,组装成一套套不同规格的模块式
27、工具模块式工具 第第12.212.2中详述中详述 代表了工具系统发展的总趋势代表了工具系统发展的总趋势图图12.5 整体结构工具系统整体结构工具系统 与机床连接采与机床连接采用锥柄形式。带用锥柄形式。带有机械手夹持槽有机械手夹持槽的锥柄代号为的锥柄代号为JTJT,柄锥为,柄锥为7:247:24,12.2 数控机床刀具数控机床刀具 12.2.1 数控机床刀具的更换数控机床刀具的更换 近年来,出现了自动换刀的数控机床(即多工序近年来,出现了自动换刀的数控机床(即多工序数控机床,或称数控机床,或称“加工中心加工中心加工中心加工中心“)机床上的工件一次装机床上的工件一次装夹夹后,数控系后,数控系统统能
28、控制机床自能控制机床自动动更更换换刀具,刀具,顺顺序地序地对对工件各个加工表面完成工件各个加工表面完成铣铣、镗镗、扩扩孔、孔、铰铰孔及孔及攻攻丝丝等多种工序加工。等多种工序加工。1.转塔头自动换刀装置转塔头自动换刀装置2.刀库自动换刀装置刀库自动换刀装置3.刀库、机械手联合动作的自动换刀装置刀库、机械手联合动作的自动换刀装置 目前采用最多的目前采用最多的一种自动换刀装置一种自动换刀装置 图图12.6 水平转轴自动换刀装置水平转轴自动换刀装置 其其工序工序为:为:1粗车外圆,粗车外圆,2钻孔,钻孔,3精车外圆,精车外圆,4镗孔,镗孔,5外圆切槽,外圆切槽,6内孔切槽,内孔切槽,7车螺纹,车螺纹,
29、8精镗孔精镗孔 每道工序所使用每道工序所使用的是通用刀具。为实的是通用刀具。为实现刀具的预调和快速现刀具的预调和快速装夹,应具有专用刀装夹,应具有专用刀夹和刀夹与主轴的连夹和刀夹与主轴的连接基础。接基础。图图12.7 刀库自动换刀装置刀库自动换刀装置 换换刀刀顺顺序序如下:如下:机床工作台快速向右移机床工作台快速向右移动动,工件,工件5从主从主轴轴3下面称开下面称开,同同时时,刀,刀库库1移到主移到主轴轴下面,下面,使刀使刀库库中的某一个空刀座中的某一个空刀座对对准准主主轴轴;主主轴轴箱下降,将用箱下降,将用过过的的刀具刀具2插入刀插入刀库库的空刀座中;的空刀座中;主主轴轴箱上升,刀箱上升,刀
30、库库同同时时回回转转,将下一个工步的刀具,将下一个工步的刀具对对准主准主轴轴;主主轴轴箱下降,将下一工箱下降,将下一工步所需刀具插入机床主步所需刀具插入机床主轴轴内;内;主轴箱带着刀具上升;主轴箱带着刀具上升;机床工作台快速向左返机床工作台快速向左返回,刀库移开,同时将工件移回,刀库移开,同时将工件移到主轴下面,整个换刀过程完到主轴下面,整个换刀过程完毕。毕。图图12.8 机械手换刀装置机械手换刀装置 a)换刀过程换刀过程 b)机械手夹持刀具机械手夹持刀具 1主轴箱;主轴箱;2刀具;刀具;3机械手;机械手;4刀库刀库 机械手机械手3将已将已切削过的刀具切削过的刀具2从主轴中取出,从主轴中取出,
31、并送回,插入刀并送回,插入刀座座4中,然后从中,然后从刀库中取出所需刀库中取出所需的刀具装入主轴的刀具装入主轴中。中。12.2.2 数控机床刀具的工具系统数控机床刀具的工具系统(一一)TMG-10模块式工具系统模块式工具系统各模块的联接采用短圆锥定位,中心螺钉拉紧。各模块的联接采用短圆锥定位,中心螺钉拉紧。属于这类工具系统的还有德国的属于这类工具系统的还有德国的Komet公司的公司的ABS工具系统,瑞典工具系统,瑞典Sandvik公司的公司的Varilock工具工具系统等。系统等。如图如图12.10 一、工具系统举例一、工具系统举例图图12.10 模块结构的工具系统模块结构的工具系统主柄主柄联
32、接杆联接杆工作头工作头(二)(二)TSG工具系统工具系统 19世纪世纪80年代初我国制定了整体式镗铣类数控机床年代初我国制定了整体式镗铣类数控机床工具系统的标准(工具系统的标准(JB/GQ5010-1983,TSG82工具系统工具系统形式及尺寸),规定了各式刀柄、刀杆、接长杆等工形式及尺寸),规定了各式刀柄、刀杆、接长杆等工具代号、结构、尺寸系,还规定了与机床连接采用具代号、结构、尺寸系,还规定了与机床连接采用锥柄锥柄形式。形式。1.用于加工中心机床,带有机械手夹持槽的锥用于加工中心机床,带有机械手夹持槽的锥柄代号为柄代号为“JT”,柄部锥度为,柄部锥度为7:24。锥柄具有定心精度高,刚性好,
33、装夹方便,机械手锥柄具有定心精度高,刚性好,装夹方便,机械手行程短以及和机床连接部分结构简单等优点行程短以及和机床连接部分结构简单等优点 2.锥柄与刀具的连接形式主要有锥柄与刀具的连接形式主要有 锥柄(锥柄(JT)直柄接杆(直柄接杆(ZB)刀具刀具(图图12.11a););锥柄(锥柄(JT)锥柄接杆(锥柄接杆(KH)刀具刀具(图图12.11b););锥柄(锥柄(JT)带扁尾的莫氏锥孔刀具带扁尾的莫氏锥孔刀具(图图12.11c););锥柄直接连接镗孔刀具(锥柄直接连接镗孔刀具(JT-T)(图图12.11d)。)。图图12.11 柄杆与刀具的联接柄杆与刀具的联接3.工具的尺寸系列标准工具的尺寸系列
34、标准 JT40J3295 镗长杆刀柄,柄部锥度镗长杆刀柄,柄部锥度40#,其锥度为,其锥度为7:24,大端直径,大端直径44.45mm,与接长杆相配合的尺寸为,与接长杆相配合的尺寸为32mm,伸出主轴长,伸出主轴长度为度为95mm.ZB32XS1660 三面刃铣刀接长杆,与接长杆刀柄相配合的尺寸为三面刃铣刀接长杆,与接长杆刀柄相配合的尺寸为32mm,与三面刃铣刀连接部分的直径为,与三面刃铣刀连接部分的直径为16mm,长度,长度60mm。JT40ZB32XS1660 工具系统的编号给出了两个主要信息:若为刀柄,左端给工具系统的编号给出了两个主要信息:若为刀柄,左端给出与机床主轴连接的出与机床主轴
35、连接的 规格和尺寸;右端给出与刀具(或与接长规格和尺寸;右端给出与刀具(或与接长杆)连接的主要尺寸。杆)连接的主要尺寸。结论结论结论结论图图12.12 接长杆与接长杆的配合接长杆与接长杆的配合 1刀柄刀柄 2接长杆接长杆 目前我国的加工中心采用目前我国的加工中心采用TSG整体式整体式工具系工具系统,其柄部有直柄(三种规格)和锥柄(四统,其柄部有直柄(三种规格)和锥柄(四种规格)两种,共包括种规格)两种,共包括16种不同用途的刀柄。种不同用途的刀柄。车削类工具系统(整体式)车削类工具系统(整体式)铣镗类工具系统(模块式)铣镗类工具系统(模块式)模块式工具系统组成模块式工具系统组成模块式工具系统组
36、成模块式工具系统组成TMG21TMG21工具系统工具系统工具系统工具系统铣镗类工具系统(模块式)铣镗类工具系统(模块式)常见的刀具库常见的刀具库 可装可装可装可装2020把刀的无臂式把刀的无臂式把刀的无臂式把刀的无臂式ATCATC刀具库刀具库刀具库刀具库常见的刀具库常见的刀具库 可装可装可装可装2424把刀的有臂式把刀的有臂式把刀的有臂式把刀的有臂式ATCATC刀具库刀具库刀具库刀具库常见的刀具库常见的刀具库 可装可装可装可装3232把刀的有臂式刀具库把刀的有臂式刀具库把刀的有臂式刀具库把刀的有臂式刀具库常见的刀具库常见的刀具库 可装可装可装可装6060把刀的刀具库把刀的刀具库把刀的刀具库把刀
37、的刀具库(三)(三)TS工具系统(柔性工具系统)工具系统(柔性工具系统)图图12.13 柔性工具系统柔性工具系统 切削头与刀体的连接切削头与刀体的连接是依靠一对端齿定位块是依靠一对端齿定位块5与一个夹头与一个夹头4来实现的。来实现的。该端齿块可保证很高的定该端齿块可保证很高的定位精度(重复定位精度在位精度(重复定位精度在0.002mm以内)和可靠以内)和可靠地传递扭矩。夹头通过中地传递扭矩。夹头通过中心拉杆的移动可牢固地夹心拉杆的移动可牢固地夹持住装于刀体尾部的拉钉持住装于刀体尾部的拉钉2,并将切削头拉紧在端,并将切削头拉紧在端齿面上。拉杆的移动则是齿面上。拉杆的移动则是通过螺杆(手动)或液压
38、通过螺杆(手动)或液压马达(自动)沿轴向移动马达(自动)沿轴向移动拉杆拉杆3来实现的。来实现的。二、刀具尺寸预调二、刀具尺寸预调(一)(一)概述概述 图图12.14所示为一种可预调长度尺寸的车刀,在专门的对刀所示为一种可预调长度尺寸的车刀,在专门的对刀器上对刀。对刀时,先把车刀中的定长杆器上对刀。对刀时,先把车刀中的定长杆3压入刀杆内并紧固,压入刀杆内并紧固,使车刀长度稍小于要求值。将车刀置于对刀器(图使车刀长度稍小于要求值。将车刀置于对刀器(图12.15)中并)中并定好位,使车刀底面和一个侧面与相应对刀器上的两个基面紧定好位,使车刀底面和一个侧面与相应对刀器上的两个基面紧密贴合,并使刀尖接触
39、对刀器。松开定长杆,使其在弹簧压力密贴合,并使刀尖接触对刀器。松开定长杆,使其在弹簧压力下,自然弹出顶在对刀器的挡壁上,达到要求预调的尺寸,最下,自然弹出顶在对刀器的挡壁上,达到要求预调的尺寸,最后拧紧紧固螺钉后拧紧紧固螺钉4。在对刀过程中,应压紧刀杆,使其承受三个。在对刀过程中,应压紧刀杆,使其承受三个分力组成的合力分力组成的合力 的作用,以保证良好地定位。的作用,以保证良好地定位。(二)(二)不同结构的刀具尺寸预调装置不同结构的刀具尺寸预调装置1.可预调长度尺寸车刀可预调长度尺寸车刀图图12.14 可预调长度的车刀可预调长度的车刀 图图12.15 简易对刀装置简易对刀装置 微调镗刀的刀尖半
40、径微调镗刀的刀尖半径R和长度和长度L调整方法调整方法如下:如下:将镗刀杆插入调刀仪主轴将镗刀杆插入调刀仪主轴 2孔内,启动锁紧开关将刀杆锁紧。用右边孔内,启动锁紧开关将刀杆锁紧。用右边手轮沿水平方向左右移动主轴位置。上、下、左、右移动光屏,在光屏手轮沿水平方向左右移动主轴位置。上、下、左、右移动光屏,在光屏的十字线对准刀尖,微调主轴。有光屏上找到刀尖的最高点。的十字线对准刀尖,微调主轴。有光屏上找到刀尖的最高点。应注意应注意:此时刀尖的成像尖最为清晰。此时刀尖的成像尖最为清晰。读数读数时,使光屏的一条十字线对准游标时,使光屏的一条十字线对准游标O点,十字线中心瞄准刀尖的点,十字线中心瞄准刀尖的
41、最高点。刀尖半径尺寸最高点。刀尖半径尺寸R用光学读数头读出,转动读数头上部的滚花手轮,用光学读数头读出,转动读数头上部的滚花手轮,使刻尺的某条刻线成像于光学读数头的双狭线正中,即可从读数头中读使刻尺的某条刻线成像于光学读数头的双狭线正中,即可从读数头中读出尺寸出尺寸R的数值。读数头的最小格值为的数值。读数头的最小格值为0.005mm。刀尖的长度尺寸。刀尖的长度尺寸L可从可从装在立住装在立住3上的标尺和游标读出,游标最小格值为上的标尺和游标读出,游标最小格值为0.02mm。该仪器还可。该仪器还可以用光屏座的刻度和游标预调刀尖角度,其最小格值为以用光屏座的刻度和游标预调刀尖角度,其最小格值为10分
42、。应当指出:分。应当指出:在自动化加工系统中,调刀仪和计算机相连,检测出调刀的尺寸,直接在自动化加工系统中,调刀仪和计算机相连,检测出调刀的尺寸,直接存入计算机,便于随时调用。存入计算机,便于随时调用。2.光学调刀仪光学调刀仪3.微调镗刀微调镗刀它主要用于镗、铣刀的尺寸预调。它主要用于镗、铣刀的尺寸预调。图图12.16图图12.17图图12.16 DOG型光学测刀仪型光学测刀仪 1底座底座 2主轴主轴 3立柱立柱 4投影瞄准器投影瞄准器 5光学读数头光学读数头 6机座机座图图12.17 微调镗刀及尺寸预调微调镗刀及尺寸预调(a)(b)12.2.3 数控机床刀具的选用原则数控机床刀具的选用原则选
43、择原则选择原则:1为为了提高刀具的耐用度和可靠性,了提高刀具的耐用度和可靠性,应应尽量尽量选选用各种高用各种高性能,高效率、性能,高效率、长长寿命的刀具材料制成的刀具,例如各种寿命的刀具材料制成的刀具,例如各种超硬材料(人造金超硬材料(人造金刚刚石,立方氮化硼,高性能复合陶瓷)石,立方氮化硼,高性能复合陶瓷)制成的刀具,即使制成的刀具,即使选选用通用的高速用通用的高速钢钢(W18Ct4V和和W6Mo5Cr4V2)与硬)与硬质质合金刀具合金刀具时时,也,也应应尽量尽量选选用有涂用有涂层层的型号。在使用前,刀片的型号。在使用前,刀片须经过严须经过严格格检验检验。2应选应选用机用机夹夹可可转转位刀具
44、位刀具结结构。构。现现行的可行的可转转位位车车刀国家刀国家标标准准(GB534385)中中规规定的刀具品种,因其刀尖位置精度定的刀具品种,因其刀尖位置精度要求要求较较低,因此只适用于低,因此只适用于带带有快有快换换刀刀夹夹的数控机床。因的数控机床。因为为刀具上刀尖位置的制造刀具上刀尖位置的制造误误差,可通差,可通过过快快换换刀刀夹夹和刀具一起和刀具一起在机外在机外预调时预调时得到得到补偿补偿。如果要求刀具不。如果要求刀具不经过预调经过预调使用,使用,则应选则应选用精密用精密级级可可转转位位车车刀或精化刀具。刀或精化刀具。3为为了集中工序,提高生了集中工序,提高生产产率,保率,保证证加工精度,加
45、工精度,应应尽可能地尽可能地选选用复合刀具。其中,以孔加工复合刀具用复合刀具。其中,以孔加工复合刀具使用最使用最为为普遍。普遍。4精加工孔精加工孔时时,可采用,可采用镗镗孔或孔或铰铰孔工孔工艺艺,由于,由于镗镗刀刀结结构构简单简单,刃磨和,刃磨和调调整方便。因此只要在整方便。因此只要在镗镗杆杆刚刚度度足足够够的条件下,的条件下,应应尽量采用尽量采用镗镗刀。尤其是当孔径大刀。尤其是当孔径大于于80mm时时,更宜采用,更宜采用镗镗刀加工。刀加工。5应应尽量尽量选选用各种高效刀具,如高用各种高效刀具,如高刚刚性麻花性麻花钻钻,钻钻扩扩四刃四刃钻钻,硬,硬质质合金合金单单刃刃铰铰刀,精密微刀,精密微调镗调镗刀,波刀,波形刃立形刃立铣铣刀等。刀等。小结小结