课题三数控刀具与夹具教案.doc

课题三：数控刀具与夹具标题：数控刀具与夹具4课时一、教学目的：介绍并让学生懂得数控刀具的种类、要求与特点，选择刀具及刀具系统应考虑的因素，掌握依据加工环境正确选择和使用加工刀具的方法。掌握夹具的分类、组成和作用，了解各典型夹具的结构和功能，了解常用定位元件及定位方式。二、教学安排：（一）旧课复习内容：1、数控加工的概念及数控加工工艺过程（二）新课教学知识点与重点、难点： 第一节 数控刀具1 数控刀具的类型与特点 数控刀具的分类（了解） 数控刀具的要求与特点（掌握）（中、高级数控车铣考证要求知识点）2 数控刀具的材料 数控刀具的材料（了解）3 数控刀具的失效形式及可靠性（了解）4 数控刀具的选择 选择数控刀具时应考虑的因素（理解） 车削系统、铣镗系统（掌握）（中、高级数控车铣考证要求知识点）第二节 数控夹具1 机床夹具概述 工件安装的内容、方法（掌握）（中、高级数控车铣考证要求知识点）； 典型夹具介绍（掌握）（中、高级数控车铣考证要求知识点）；2 定位基准的选择原则（中、高级数控车铣考证要求知识点） 粗基准的选择原则（掌握）； 精基准的选择原则（重点掌握）（难点）3常见定位元件及定位方式（中、高级数控车铣考证要求知识点）4定位误差定位误差的概念、产生的原因（重点掌握）（难点）三、新课内容：第一节 数控刀具1数控刀具的种类（介绍、了解数控刀具的种类，以便选择先进、合适的数控刀具）（准备各式刀具）、从结构上可分为：整体式，镶嵌式，内冷式，减振式，机夹可转位刀具等。、从加工工艺上可分为：车刀，钻刀（钻头），镗刀，铣刀。、数控“刀具”的发展趋势：由整体式工具系统向模块式工具系统发展。有利于提高劳动生产率，提高加工效率，提高产品质量。 数控刀具的要求与特点（让学生懂得数控刀具为什么要具备下述条件和特点，这是选择和评价刀具的依据）、要有很高的切削效率。提高切削速度致关重要，硬质合金刀具切削速度可达500600m/min,陶瓷刀具可达8001000m/min、要有很高的精度和重复定位精度，一般35或者更高。、要有很高的可靠性和耐用度，是选择刀具的关键指标,、实现刀具尺寸的预调和快速换刀，缩短辅助时间提高加工效率、具有完善的模块式工具系统，储存必要的刀具以适应多品种零件的生产 、建立完备的刀具管理系统，以便可靠、高效、有序的管理刀具系统、要有在线监控及尺寸补偿系统，监控加工过程中刀具的状态，提高加工可靠度。2 数控刀具的材料 数控刀具的材料（主要介绍材料的宏观力学性能，为选择刀具作知识准备）（学习刀具材料掌握其性能，以便依据工件材料、加工要求和机床等加工条件，选用先进、合适的刀具）、高速钢（High speed steel）,分W系和Mo系两大类，具有回火二次硬化功能高于淬火硬度又具有较好的韧度，比普通工具钢耐磨、比硬质合金韧性高。、硬质合金（Cemented carbide）,分钨钴类（WC）、钨钛钴类（CTiC）、钨钛钽（铌）钴类（WCTiCTaC），按ISO标准分为（）类，即国标YG，适合加工短切屑黑色金属（铸铁）和有色金属及非金属。（）类，即国标YT，适合加工长切屑黑色金属（塑性好的材料低碳钢）（）类，即国标YW，综合性能好，既可加工铸铁又可加工钢材及有色金属、陶瓷（Ceramics），分为两大类，纯氧化铝类（白色陶瓷）和TiC添加类（黑色陶瓷），陶瓷特耐高温，在2000度条件下，仍具有高的硬度，非常耐磨，但是，韧性很低，不能承受冲击，适用于精加工和高速切削、立方碳化硼（Cubic boron nitride ,CBN），是在高温、高压条件下人工合成的新型刀具材料，其性能与金刚石相似，能高速切削淬火钢和耐热钢，是高速切削的首选刀具材料。、聚晶金刚石（Polymerize crystal diamond,PCD）即人工合成的金刚石，是在高温、高压下合成的新型刀具材料，硬度极高，但是，与铁系材料有很强的亲和力，易使碳元素扩散而磨损，只适用于加工有色金属、非金属如陶瓷等极硬的材料。3 数控刀具的失效形式及可靠性 控刀具失效形式、原因、影响与控制失效对策（结合实际，讲述数控刀具的各种主要失效形式、分析其原因、产生的影响、以及控制失效的办法与对策）失效形式失效理念刀具失效的原因产生的影响控制失效方法与对策后刀面磨 损机械应力导 致摩擦磨损1.刀具材料硬度不足2.后角偏小3.切削速度过高4.进给量过大降低加工尺寸精度1、选用耐磨刀具材料2、降低切削速度3、加大进给量4、增大后角前刀面磨 损摩檫和扩散导致前刀面磨损1.刀具材料硬度足2.切削速度过高3.进给量过大4.切屑与前刀面损5.发热区域扩散影响排屑降低主切削韧强度1、 1、 降低切削速度2、 2、 降低进给量3、 3、 选用涂层硬质合金刀具材料边界磨损主切削韧上的边界磨损1.工件材料表面硬化2.锯齿状切屑影响切屑流向导致崩刃1、 1、 降低切削速度2、 2、 降低进给量3、 3、 选用耐摸刀剧材料4、 4、 增大前角积屑瘤粘附堆积在主切削刃旁的前刀面上的工件材料的微粒1.工件材料塑性太大2.中速切削（5-50）m/min3.切削热1、 1、 引起振动导致崩刃2、 2、 降低表面质量3、 3、 降低尺寸精度1、 1、 改善工件材料的切削加工性2、 2、 选用亲和力小的涂层硬质合金和陶瓷刀具材料3、 3、 使用合适的冷却液刃口剥落切削刃上出现小缺口排屑不畅所致降低加工表面质量降低尺寸精度1、 1、 选用强度高的刀具材料2、 2、 改善刀具几何角度崩刃切削刃大片崩落切削应力过大刃口强度不足刀具材料强度与韧度不足切削不能进行1、 1、 选用强度刃度高的刀具材料2、 2、 降低切削负荷3、 3、 适当减小前、后角热裂纹切削热不均匀导致进给量过大被吃刀量过大降低工件加工表面质量选用合适的冷却方式降低进给量降低被吃刀量4 数控刀具的选择 数控刀具（分两大系统：车削系统和铣镗削系统）的特点与要求数控刀具要求精度高、刚性好、装夹调整方便，切削性能强、耐用度高。合理选用既能提高加工效率又能提高产品质量。 刀具选择应考虑的主要因素、被加工工件的材料、性能：金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。、加工工艺类别；车削、钻削、铣削、镗削或粗加工、半精加工、精加工和超精加工等。、工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标。、刀具能承受的切削用量。、辅助因数：操作间断时间、振动、电力波动或突然中断等。 车削系统（整体式工具系统）、组成：由刀片（刀具）、刀体、接柄（或柄体）、刀盘等、可转位刀片的代码及参数、可转位刀片的断屑槽槽型：断屑自如、排屑流畅、可转位刀片的夹紧方式：楔块上压式、杠杆式、螺钉上压式要求：夹紧可靠、定位准确、排屑流畅、结构简单、操作方便、可转位刀片的选择 ）、刀片材料选择：高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方碳化硼或金刚石）、刀片尺寸选择：有效切削韧长度、被吃刀量、主偏角等）、刀片形状选择：依据表面形状、切削方式、刀具寿命、转位次数等）、刀片的刀尖半径选择：、粗加工、工件直径大、要求刀刃强度高、机床刚度大时选大刀尖圆弧、精加工、切深小、细长轴加工、机床刚度小选小刀尖圆弧 刀具系统（模块式工具系统）、组成；刀片（刀具）、刀杆（或柄体）、主轴或刀片（刀具）、工作头、连接杆、主柄、主轴所组成、数控铣削刀具的选择）、铣刀类型的选择：、加工较大平面选择面铣刀，、加工凸台、凹槽、小平面立铣刀，、加工毛坯面和粗加工孔选择镶硬质合金玉米铣刀，、曲面加工选择球头铣刀，、加工空间曲面模具型腔与凸模表面选择模具铣刀，、加工封闭键槽选键槽铣刀，等等）、铣刀参数的选择、面铣刀主要参数选择a)、标准可转位面铣刀直径在16630）：粗铣时直径选小的，精铣时铣刀直径选大的，b)、依据工件材料和刀具材料以及加工性质确定其几何参数：铣削加工通常选前角小的铣刀，强度硬度高的材料选负前角，工件材料硬度不大选大后角、硬的选小后角，粗齿铣刀选小后角，细齿铣刀取大后角，铣刀的刃倾角通常在-度，主偏角在度、立铣刀主要参数选择a)、刀具半径r应小于零件内轮廓最小曲率半径b)、零件的加工高度H（1/41/6）rc)、不通孔或深槽选取l=H+(510)mmd)、加工外形及通槽时选取l=H+r+(510)mme)、加工肋时刀具直径为D=(510)bf)、粗加工内轮廓面时，铣刀最大直径DD=d+2sin(/2)-1/1-sin(/2)、加工中心刀具的选择加工中心刀具通常由刃具和刀柄两部分组成,刃具有面加工用的各种铣刀和孔加工用的各种钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀及丝锥等，刀柄要满足机床主轴自动松开和夹紧定位，并能准确地安装各种刃具和适应换刀机械手的夹持等要求。）、对加工中心刀具的基本要求、刀具应有较高的刚度、重复定位精度高、刀刃相对主轴的一个定位点的轴向和径向位置应能准确调整）、孔加工刀具的选择、钻孔刀具及其选择、扩孔刀具及其选择、镗孔刀具及其选择，应特别重视刀杆的刚度）、刀具尺寸的确定主要是刀具的长度和直径的选择，如加工孔依据其深度和孔径选择、刀柄的选择）、依据被加工零件的工艺选择刀柄）、刀柄配备的数量：与被加工零件品种、规格、数量、难易程度、机床负荷有关）、正确选择刀柄柄部形式）、坚持选择加工效率高的刀柄）、综合考虑合理选用模块式和复合式刀柄 工具系统、工具系统发展趋势：向着柔性制造系统和模块化组合结构发展、车削类工具系统、镗铣类工具系统：分整体失和模块式工具系统、刀具管理系统：）、是柔性制造系统中一个很重要、技术难度很大的系统）、刀具管理系统的任务）、刀具管理系统的基本功能原始资料、系统计划、硬件配置和软件系统等等。第二节 机床夹具概述1机床夹具概述 工件的安装机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对的于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。工件安装的内容包括：定位：使工件相对于机床及刀具处于正确的位置。夹紧：工件定位后，将工件紧固，使工件在加工过程中不发生位置变化。定位与夹紧的关系：是工件安装中两个有联系的过程，先定位后夹紧，安装的方法：1、用找正法安装：1)方法：a)把工件直接放在机床工作台上或放在四爪卡盘、机用虎钳等机床附件中，根据工件的一个或几个表面用划针或指示表找正工件准确位置后再进行夹紧；b)先按加工要求进行加工面位置的划线工序，然后再按划出的线痕进行找正实现装夹。2)特点：a)这类装夹方法劳动强度大、生产效率低、要求工人技术等级高；b)定位精度较低，由于常常需要增加划线工序，所以增加了生产成本；c)只需使用通用性很好的机床附件和工具，因此能适用于加工各种不同零件的各种表面，特别适合于单件、小批量生产。2、用夹具装夹安装：1)工件装在夹具上，不再进行找正，便能直接得到准确加工位置的装夹方式。2)特点：避免了找正法划线定位而浪费的工时，还可以避免加工后的工件的加工误差分散范围扩大，夹装方便。 虎钳装夹找正法与用夹具装夹工件的对比设加工工件如上图所示1、采用找正法装夹工件的步骤：1)先进行划线，划出槽子的位置；2)将工件放在立式铣床的工作台上，按划出的线痕进行找正，找正完成后用压板或虎钳夹紧工件。3)根据槽子线痕位置调整铣刀相对工件的位置，调整好后才能开始加工。4)加工中需先试切一段行程，测量尺寸，根据测量结果再调整铣刀的相对位置，直至达到要求为止。5)每加工一个工件均重复上述步骤。因此这种装夹方法不但费工费时，而且加工出一批工件的加工误差分散范围较大。2、采用夹具装夹采用夹具装夹方法，不需要进行划线就可把工件直接放入夹具中去。工件的A面支承在两支承板2上；B面支承在两齿纹顶支承钉3上；端面靠在支承钉4上，这样就确定了工件在夹具中的位置，然后旋紧螺母9通过压板8把工件夹紧，完成了工件的装夹过程。下一工件进行加工时，夹具在机床上的位置不动，只需松开螺母9进行装卸工件即可。 夹具装夹图夹具的分类可按应用范围、使用机床、夹紧动力源来分类。a) 按工艺过程的不同，夹具可分为机床夹具、检验夹具、装配夹具、焊接夹具等；b) 按机床种类的不同，机床夹具又可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具等；c) 按所采用的夹紧动力源的不同又可分为手动夹具、气动夹具等；d) 根据使用范围分为通用夹具、专用夹具、组合夹具、通用可调夹具和成组夹具等类型。各类夹具的定义及特点如下表所示。通用夹具通用性强，被广泛应用于单件小批量生产专用夹具专为某一工序设计，结构紧凑、操作方便、生产效率高、加工精度容易保证，适用于定型产品的成批和大量生产。组合夹具由一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的专用夹具。通用可调夹具不对应特定的加工对象，适用范围宽，通过适当的调整或更换夹具上的个别元件，即可用于加工形状、尺寸和加工工艺相似的多种工件。成组夹具专为某一组零件的成组加工而设计，加工对象明确,针对性强。通过调整可适应多种工艺及加工形状、尺寸。e) 随行夹具：随行夹具是自动或半自动生产线上使用的夹具，虽然它只适用于某一种工件，但毛坯装上随行夹具后，可从生产线开始一直到生产线终端在各位置上进行各种不同工序的加工。根据这一点，随行夹具的结构也具有适用于各种不同工序加工的通用性。夹具的组成与作用组成：定位元件、夹紧装置、联接元件、对刀或导向元件、其它装置、夹具体。 夹具组成1) 定位元件：用于确定工件在夹具中的位置。2) 夹紧装置：用于夹紧工件。3) 对刀、导引元件：确定刀具相对夹具定位元件的位置。4) 其它装置：如分度元件等。5) 连接元件和连接表面：用于确定夹具本身在机床主轴或工作台上的位置。6) 夹具体：用于将夹具上的各种元件和装置连接成一个有机整体。作用：(1)保证稳定可靠地达到各项加工精度要求；(2)缩短加工工时，提高劳动生产率；(3)降低生产成本；(4)减轻工人劳动强度；(5)可由较低技术等级的工人进行加工；(6)能扩大机床工艺范围。对尺寸精度的保证1、夹具上装有对刀块5，利用对刀塞尺10塞入对刀块工作面与立铣刀切削刃之间来确定铣刀相对夹具的位置，此时可相应横向调整铣床工作台的位置和垂直升降工作台来达到刀具相对对刀块的正确位置。2、由于对刀块的两个工作面与相应夹具定位支承板2和齿纹顶支承钉3的各自支承面已保证和尺寸，因而最终保证铣出槽子的a和b尺寸，如下图所示。3、至于槽子长度的位置尺寸,则依本调整铣床工作台纵向进给的行程挡块的位置，使立式铣床工作台纵向进给的终结位置保证铣刀距支承钉4的距离等于c。由于工件以端面与支承钉4的工作面相接触，因而最终使铣出槽子的长度位置达到尺寸的要求。 夹具精度的保证加工一批工件时，只要在允许的刀具尺寸磨损限度内，都不必调整刀具位置，不需进行试切，直接保证加工尺寸要求。这就是用夹具装夹工件时，采用调整法达到尺寸精度的工作原理。典型夹具介绍通过实物、模型，了解各种夹具的结构、安装、调整。车床夹具心轴式、角铁式、花盘式等。注意夹具与机床的连接方式（锥柄与过渡盘）铣床夹具直线进给式、圆周进给式等。用定位健确定夹具与机床的相对位置；用对刀装置调整刀具与夹具的正确位置。下图中表示铣槽夹具安装在立式铣床的工作台上的情况。 铣槽夹具钻床夹具固定式、覆盖式、翻转式、滑柱式等。用钻套导引刀具，并观察钻模板的型式。2定位基准的选择原则基准的概念与分类基准：零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。设计基准：零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准。工艺基准：零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。 精基准的选择原则 应保证加工精度和工件安装方便可靠。基准重合原则：选用设计基准作为定位基准。基准统一原则：采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面。自为基准原则：选择加工表面本身作为定位基准。互为基准原则：工件上两个相互位置要求很高的表面加工时，互相作 为基准。粗基准的选择原则） 应保证各加工面有足够的余量，并尽快获得精基面。若要求保证某重要表面加工余量均匀，选该表面为粗基准。若要求保证加工面与不加工面间的位置，选不加工表面为粗基准。粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。粗基准表面，应平整光洁。3常用定位元件及定位方式工件以平面定位