数控技术2课件

10:47:31,数控技术(第二讲),主讲：周哲波教授,10:47:31,第二章数控机床的刀具,2-1概述2-2数控刀具的分类及性能要求2-3数控刀具的材料及失效形式2-4数控加工刀具的选择,10:47:31,第一节概述一、数控刀具发展的动因1.数控机床的发展的需要；2.产品多样化和个性化的驱使；3.大量的耐磨、耐热、超轻和高强度的难加工材料的出现（镁铝合金、钛合金、镍基合金以及超耐热合金、陶瓷等）；4.新工艺不断涌现（超高速、超精密、干切削、硬切削）；,10:47:31,二、数控加工对刀具的要求1.应适应高速切削要求，具有良好的切削性能。1）目的：满足高生产效率和高硬度工件材料（如淬火模具钢）的要求。2）方法：高速切削和大进给量;涂层硬质合金、陶瓷和超硬材料（如聚晶金刚石和立方氮化硼）。,10:47:31,2.应具有高制造精度1）目的：适应数控加工的高精度和快速自动更换刀具的要求（安装精度通常在0.005mm以内，重复定位精度）。2）方法：提高数控刀具及其装夹结构的制造精度(采用机夹可转位刀片，刀片与刀杆已标准化，并且规定了公差带范围)。,10:47:31,3.应有很高的可靠性和耐用度1)目的：实现对难加工材料加工的要求。2）方法：选用具有极高的切削性能和刀具寿命的刀具材料。4.应能实现刀具尺寸的预调和快速换刀1)目的：达到很高的重复定位精度，补偿刀具磨损引起的加工尺寸的变化。2）方法：采用具有预调尺寸功能的刀具结构，自动换刀机构。,10:47:31,5.应具有一个比较完善的工具系统1)目的：实应多品种零件的生产，有利于工具的使用和管理，减少工具的规格、品种和数量的储备。2）方法：模块式工具系统。6.需要建立刀具管理系统1)目的：适应加工中心和柔性制造系统的发展需要。2）方法：对全部刀具进行自动识别。记忆其规格、尺寸、存放位置、已切削时间和剩余切削时间等，管理刀具更换、运输，刀具的刃磨和尺寸预调等。,10:47:31,7.应具有可靠的断屑及排屑措施1)目的：保证数控机床正常工作。2）方法：设计合理的断屑槽，自动排屑。8.应有刀具在线监控及尺寸补偿系统1)目的：解决刀具损坏的判断、识别与补偿，防止出现废品和意外事故。2）方法：通过接触式传感器、光学摄像和声发射等方法进行，并将监测结果输入计算机，及时发出调整或更改刀具的指令，以保证工作循环的正常进行。,10:47:31,第二节数控刀具的分类及性能要求一、数控刀具的分类1数控刀具按结构来分整体式、镶嵌式、减振式、内冷式和特殊式。,10:47:31,数控车刀,10:47:31,10:47:31,数控可转位刀片,10:47:31,10:47:31,数控刀片,10:47:31,PVD涂层高速钢齿轮滚刀、铣刀、钻头,10:47:31,2.按切削部分的材料来分高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石，因此可制成的刀具就叫高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、聚晶金刚石刀具。注：目前数控机床的刀具主要使用的是硬质合金和涂层刀具。3数控刀具按加工方法来分1）车削刀具外圆车刀、端面车刀、内孔车刀和成形车刀等；2）钻削刀具普通麻花钻、可转位浅孔钻和扩孔钻等；3）镗削刀具单刃镗刀、多刃镗刀和多刃组合镗刀等；4）铣削刀具面铣刀、立铣刀、键槽铣刀、模数铣刀和成形铣刀等。,10:47:31,10:47:31,10:47:31,键槽铣刀立铣刀,10:47:31,三面刃铣刀角度铣刀锯片铣刀,10:47:31,圆柱铣刀端铣刀硬质合金铣刀,10:47:31,盘形齿轮铣刀几何参数,10:47:31,二、数控刀具的性能要求1刀片、刀具几何参数和切削参数的规范化。2刀片或刀具材料以及切削参数与被加工工件的材料之间匹配的选用原则。3刀片与刀具的耐用度及其经济寿命指标的合理化。4刀片或刀柄定位基准的优化。5刀片与刀柄对机床主轴相对位置的要求。6对刀柄的强度、刚性及耐磨性的要求。7对刀柄的转位、装拆和重复精度的要求。8刀片与刀柄切入位置和方向的要求。9刀片与刀柄高度的通用化、规则化、系列化。,10:47:31,第三节数控刀具的材料及失效形式一、数控刀具材料的性能要求1较高的硬度和耐磨性耐磨性是材料抵抗磨损的能力。注：硬度越高，耐磨性就越好；常温硬度在62HRC以上。2足够的强度、韧性和较高耐热性高温下保持硬度、耐磨性、强度及韧性的性能。注：它是衡量刀具材料切削性能的主要标志。,10:47:31,3较好的导热性注：刀具材料的热导率越大，由刀具传出热量的速度越快。4良好的工艺性便于刀具制造，锻、焊接、切削加工和可磨削性、硬度热处理特性及高温塑性变形性能。,10:47:31,二、刀具材料的种类高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金刚石。注：硬质合金类刀具以及TiC、TiN和氧化铝等涂层刀具应用最广。三、数控刀具的失效形式1.后刀面磨损1）产生原因：机械交变应力引起。刀具材料较软、刀具的后角偏小、切削速度偏高和进给量太小等。2）产生的质量缺陷：已加工表面的尺寸和精度降低、刀具与工件间的摩擦加重。3）改进方法：合理选择耐磨性较高的刀具材料，降低切削速度，适当加大进给量，适当增大刀具后角等方法。4）发生的部位：刀具后刀面。,10:47:31,10:47:31,10:47:31,2.边界磨损1）产生原因：工件表面硬化、锯齿状切屑造成的摩擦。2）产生的质量缺陷：已加工表面的尺寸和精度降低，降低刀具寿命。3）改进方法：降低切削速度和进给速度，合理选择耐磨刀具材料，适当增大刀具的前角。4）发生的部位：刀具与工件的接触面处。,10:47:31,3.前刀面磨损1）产生原因：切屑和工件材料的接触，发热区域的扩散，刀具材料过软，加工过程中切削速度较高，进给量大。2）产生的质量缺陷：刀具产生变形、排屑不畅、切削刃强度降低。3）改进方法：降低刀具切削速度、进给速度和选择涂层硬质合金等。4）发生的部位：刀具前刀面。,10:47:31,4.塑性变形1）产生原因：切削速度和进给速度太高、工件材料中硬点的作用、刀具材料太软、切削刃温度较高等。2）产生的质量缺陷：加工质量下降和刀具崩刃。3）改进方法：降低切削速度和进给速度，选择耐磨性高和导热性能好的刀具材料等。4）发生的部位：刀具部分。,10:47:31,5.积屑瘤1）产生原因：工件材料在刀具上的黏附物。2）产生的质量缺陷：大大降低工件表面的加工质量，会改变切削刃的形状并最终导致切削刃崩刃。3）改进方法：提高切削速度，选择涂层硬质合金或金属陶瓷等刀具材料，使用冷却液。4）发生的部位：刀具前刀面。,10:47:31,10:47:31,10:47:31,6.刃口剥落1）产生原因：断续切削、切屑排除不畅等因素造成。2）产生的质量缺陷：已加工表面的尺寸和精度降低，降低刀具寿命。3）改进方法：降低进给速度、选择韧性好的刀具材料和切削刃强度高的刀片。4）发生的部位：刀具切削刃。,10:47:31,7.崩刃1）产生原因：刀具刃口的过度磨损和较高的加工应力，刀具材料过硬、切削刃强度不足、进给量太大。2）产生的质量缺陷：已加工表面的尺寸和精度降低，降低刀具寿命。3）改进方法：选择韧性较好的合金材料，应减小进给量和切削深度，选择高强度或刀尖圆角较大的刀片。4）发生的部位：刀具切削刃。,10:47:31,8.热裂纹1）产生原因：温度变化而产生的垂直于切削刃的断裂。2）产生的质量缺陷：低工件表面的加工质量，并导致刃口剥落。3）改进方法：选择韧性较好的合金材料，减小进给量和切削深度，进行干式切削，湿式切削加工时有充足的冷却液。4）发生的部位：刀具切削刃与前刀面。,10:47:31,第四节数控加工刀具的选择一、选择数控刀具应该考虑的因素被加工工件材料的种类和性能、切削工艺方法、被加工工件的几何形状、刀具的承载状况、生产大纲。二、数控可转位刀片与刀具代码国际标准ISO1832-1985描述可转位刀片是由10位字符串代码来组成的，其排列方法如下：,10:47:31,1第一位用一个英文字母来描述刀片的几何形状及夹角；2第二位用一个英文字母来描述刀片主切削刃法后角；3第三位用一个英文字母来描述刀片形状精度等级，它主要是指刀片内接圆直径d与厚度s；4第四位用英文字母来描述刀片型式、紧固方法或断屑槽，它包括公制和英制；5第五位用两位数字来描述刀片的几何尺寸，它主要是刀片边长和切削刃长度；6第六位用数字来描述刀片的厚度，当使用两位数字时说明刀片厚度是以公制来度量的，当使用一位数字时说明刀片厚度是以英制来度量的；7第七位用数字来描述刀尖圆角半径、主偏角和修光刃后角，当使用两位数字时说明是以公制来度量的，当使用一位数字时说明是以英制来度量的。8第八位用一个英文字母来描述切削刃状态，它包括刀尖切削刃或倒角切削刃。9第九位用一个英文字母来描述进刀方向或倒刃宽度；10第十位为厂商的补充说明代码，由厂商自己确定。注：第8位和第9位代码是当有要求时才被填写使用；第10位代码根据具体厂商而不同。,10:47:31,三、数控车削刀具(可转位刀片)的选择1.刀片材料的选择依据被加工工件的材料、表面的精度要求、切削载荷的大小以及切削加工过程中有无冲击和振动等。2.刀片尺寸的选择根据有关手册，依据有效切削刃的长度L决定的，有效切削刃长度L与背吃刀量ap和主偏角kr来确定。,10:47:31,3刀片形状的选择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。4刀片的刀尖半径的选择刀尖圆弧半径的大小直接影响被加工表面粗糙度。刀尖圆弧越大，表面粗糙度越差。选择原则是：1）在背吃刀深度小的精加工、加工刚度差的细长轴或机床刚度较差时，选择较小的刀尖圆弧半径；2）在需要刀刃强度高、零件长、直径小和背吃刀深度大的粗加工时，选用较大的刀尖圆弧半径。,10:47:31,5.铣削加工的刀具选择1）平面铣削应该用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。2)立铣刀和镶硬质合金刀片的立铣刀主要用于加工凸轮，凹槽和箱体端面。3)为了提高槽宽的加工精度减少铣刀的种类，加工时可采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后用刀具半径补偿功能来铣槽的两边，以达到提高槽的加工精度的目的。,10:47:31,6.钻孔刀具的选择在加工中心上钻孔都是无钻模直接钻孔，因此一般钻孔深度约为直径的5倍左右，细长孔的加工易于折断，要注意冷却和倒屑。7.镗孔刀具的选择1）在加工中心上进行镗削加工通常是采用悬臂式的加工，因此要求镗刀有足够的刚性和较好的精度。2）在镗孔过程中一般采用移动工作台或立柱完成Z向进给（