数控铣削刀具系统.doc

3 . 6 数控铣削加工刀具系统数控铣削加工刀具系统由成品刀具和标准刀柄两部分组成。其中成品刀具部分与通用相同，如钻头、铣刀、绞刀、丝锥等。标准刀柄部分可满足机床自动换刀的需求：能够在机床主轴上自动松开和拉紧定位，并准确地安装各种刀具和检具，能适应机械手的装刀和卸刀，便于在刀库中进行存取管理、搬运和识别等。3 . 6 . 1 刀具基本知识 1 刀具切削部分的组成和几何角度刀具由刀体、刀柄或刀孔和切削部分组成。刀体是刀具上夹持刀条或刀片的部分。刀柄是刀具上的夹持部分。刀孔是刀具上用以安装或紧固在主轴、刀杆或心轴上的内孔。切削部分是刀具上起切削作用的部分。 ( 1 ）刀具切削部分的组成金属切削力具的种类虽然很多，但仔细观察它的切削部分，其剖面的基本形态都是刀楔形状。以外圆车刀为例（如图3-70所示），切削部分的组成要素如下：刀面 前面 A r （前刀面）切屑流过的表面； 后面 Aa（主后刀面）与过渡表面相对的表面； 副后面 Aa 二（副后刀面）与已加工表面相对的表面；前面与后面之间所包含的刀具实体部分称为刀楔。切削刃 主切削刃（ S ）前、后面汇交的边缘，担负主要切削工作； 副切削刃（ S ）除主切削刃以外的切削刃；刀尖主、副切削刃汇交的一小段切削刃称为刀尖。 ( 2 ）刀具切削部分的几何角度 度量刀具角度的参考系为了确定刀具前面、后面及切削刃在空间的位置，首先应建立参考系，它是一组用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面。用刀具前面、后面和切削刃相对各基准坐标平面的夹角来表示它们在空间的位置，这些夹角就是刀具切削部分的几何角度。用于确定刀具几何角度的参考系有两类，一类称刀具静止参考系，是用于定义刀具在设计、制造、刃磨和测量时刀具几何参数的参考系，在刀具静止参考系中定义的角度称刀具标注角度。另一类称刀具工作参考系，是规定刀具进行切削加工时几何参数的参考系。该参考系考虑了切削运动和实际安装情况对刀具几何参数的影响，在这个参考系中定义和测量的刀具角度称工作角度。刀具静止参考系刀具静止参考系主要由以下基准坐标平面组成，如图 3 一 71 所示。A 基面 pr 。基面就是通过切削刃选定点并平行或垂直于刀具安装平面或定位平面的一个平面或轴线。一般说来，其方位要垂直于假定的主运动方向。对车刀、刨刀而言，就是过切削刃选定点和刀柄安装面平行的平面。对钻头、铣刀等旋转类刀具来说，即是过切削刃选定点并通过刀具轴线的平面。 B 切削平面 ps 。切削平面就是通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。当切削刃为直线刃时，过切削刃选定点的切削平面，即是包含切削刃并垂直于基面的平面。对应于主切削刃和副切削刃的切削平面分别称为主切削平面ps，和副切削平面ps。 C 正交平面 p0。正交平面是指通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。也可看成是通过切削刃选定点并垂直于切削刃在基面上投影的平面。D 法平面 pn法平面是指通过切削刃选定点垂直于主切削刃的平面。 E 假定工作平面 pf 。假定工作平面是通过切削刃选定点并垂直于基面的平面，一般来说其方位要平行于假定的进给运动方向。 F背平面 pp 。背平面是指通过切削刃选定点并垂直于基面和假定工作平面的平面。图3-72 以车刀为例表示各基准平面及几何角度的相互位置关系。刀具的标注角度在正交平面中测量的角度有： 前角（。）前角是前面（ A , ）与基面（ Pr ）之间的夹角，其大小影响刀具的切削性能。当前面与切削平面夹角小于 900 。时，前角为正值；大于 900 时，前角为负值。 后角（ao）后角是后面（ Aa ）与切削平面（ ps ）间的夹角，其作用是减小后刀面与过渡表面之间的摩擦。当后面与基面夹角小于 900 时，后角为正值；大于 900 。时，后角为负值。 楔角（0）楔角是前面（ Ar ）与后面（ Aa）间的夹角，反映刀体强度和散热能力大小。它是由前角。 和后角 a0得到的派生角度在基面中测量的角度有： 主偏角（ kr ）主偏角是主切削平面 ps与假定工作平面 pf间的夹角。 副偏角（ kr，）副偏角是副切削平面ps，与假定工作平面 pf 间的夹角。 刀尖角（r）刀尖角是主切削平面 ps 与副切削平面ps，间的夹角，它是由主偏角 kr 和副偏角kr，计算得到的派生角度。 在切削平面中测量的角度有：刃倾角，它是主切削刃与基面 pr，间的夹角，在 S 向视图中才能表示清楚。当刀尖相对车刀刀柄安装面处于最高点时，刃倾角为正值；刀尖处于最低时，刃倾角为负值（见图3-72的S 向视图）。当切削刃平行于刀柄安装面时，刃倾角为零度，这时切削刃在基面内。 2 铣刀的几何角度以数控铣削加工中常用的圆柱形铣刀和面铣刀为例，分析铣刀的几何角度 ( l ）圆柱形铣刀的几何角度分析圆柱形铣刀的几何角度时，应先建立铣刀的静止参考系，如图3-73 ( a )所示，其定义可参考车削中规定。圆周铣削时，铣刀旋转运动是主运动，工件的直线移动是进给运动。圆柱铣刀切削部分的几何角度如图 3-73( b ）所示，按标准规定，圆柱形铣刀的前角是以在垂直于切削刃的法剖面 pn。内度量的基面 pr （回转刀具的基面 pr ，是由被选点和刀具轴线所确定的平面）与前面 Ar间的夹角（法向前角） 为标准。而后角 a0是在垂直于铣刀轴线的端剖面内度量。圆柱铣刀的螺旋角是螺旋切削刃展开成直线后，与铣刀轴线间的夹角。由定义和图 3-73 ( a ）。可知圆柱铣刀的端剖面就是正交平面 p0同时端剖面还是假定工作平面 pf 。( 2 ）面铣刀（端铣刀）的几何角度面铣刀的每个刀齿相当于一把小车刀又称为单刀齿。面铣刀的几何角度与普通外圆车刀类似，所不同的是面铣刀每个刀齿的基面只有一个，即以刀尖和铣刀轴线共同确定的平面为基面。机夹可转位面铣刀的几何角度，是刀体上刀槽的几何参数和几何角度共同形成的。为了获得所需的切削角度，安装时刀齿在刀体的刀槽中径向倾斜 、轴向倾斜角。面铣刀的静止参考系如图3-74 所示。面铣刀的几何角度如图 3-75 所示。 ( 3 ）铣刀几何角度的特点 前角。铣刀的前角主要根据工件材料选择。工件材料越软，塑性越高时，切屑塑性变形较大，切屑与前面摩擦较大，前角取值应较大；工件材料硬度较高。塑性较低时，前角宜取小些。铣削脆性材料时，切屑沿前面滑走距离短，切削力和热集中在刃区，铣刀前角宜取较小的正值。硬质合金刀具强度低，脆性大。从刀具强度考虑，前角应比高速钢刀具小些。无论是铣削塑性材料还是脆性材料，当其硬度较高时，硬质合金刀具的前角宜取负值。铣削是断续切削，刀齿切人、切出时均受到冲击，因此硬质合金铣刀的前角比车刀要小一些。 后角。后角的功用是减轻后面与工件上切削表面间的摩擦。铣刀的后角主要根据切削厚度选择，切削厚度越小，后角值应越大。由于铣削时的切削厚度比车削时小。所以铣刀的后角比车刀大。由于切削厚度小，铣刀的磨损主要发生在后面，因此铣刀重磨后面比较合理。 刃倾角。刃倾角是主切削刃与基面间的夹角。显然，圆柱铣刀的螺旋角就是铣刀圆周刃的刃倾角。采用螺旋齿圆柱铣刀的好处是：铣削时刀齿逐渐切人和切出工件，螺旋角越大，切人、切出过程越缓慢，同时螺旋角增大还可使同时工作齿数增加，使切削过程平稳，切屑为长螺旋状。可沿容屑槽向外排出，并且增大螺旋角可使铣削过程的实际前角增大，从而改善切削条件，提高生产率和铣刀的寿命，现在一般已不用直齿圆柱铣刀，都采用较大的螺旋角。增大螺旋角后，使铣削时的轴向分力增大，无论刀齿的螺旋方向左旋还是右旋，使用时均应使铣刀所受的轴向力方向指向铣床主轴，而不应指向支架，因为支架刚度较差，主轴刚度好。立铣刀的螺旋角，是其圆周刃的刃倾角，同时又是端刃的纵向前角。而更重要的是螺旋方向决定了切屑的流向。如图3-76 所示，当立铣刀的螺旋方向为左旋时，端刃的前角为负值（端刃和周刃为同一前面时），切屑向下排出，受工件的阻碍排屑不畅。这种刀齿为左旋的立铣刀不适于铣削沟槽，只适用于铣削侧边。右旋立铣刀切屑向上排出，排屑情况较好，但是当螺旋角较大时，端齿会因前角太大而导致强度太差，特别是硬质合金铣刀问题更加突出。这时可采用双螺旋角或修磨前面的办法解决，即靠近端齿