11 数控刀具及其工具系统.ppt

1,一数控刀具的种类,2,二数控刀具的要求与特点,刀具，尤其是刀片的选择是保证加工质量提高加工效率的重要环节。,3,要有高的切削效率,要有高的精度和重复定位精度,要有高的可靠性和耐用度,实现刀具尺寸的预调和快速换刀,具有完善的模块式工具系统,建立完备的刀具管理系统,要有在线监控及尺寸补偿系统,数控刀具的要求与特点,4,此外，为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能采用机夹刀和机夹刀片。夹紧刀片的方式要选择得比较合理，刀片最好选择涂层硬质合金刀片。目前，数控车床用得最普遍的是硬质合金刀具和高速钢刀具两种。,数控车床能兼作粗精车削，因此粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。,5,刀具的选择是根据零件的材料种类、硬度、以及加工表面粗糙度要求和加工余量的已知条件来决定刀片的几何结构（如刀尖圆角）、进给量、切削速度和刀片牌号。,三数控刀具的材料,6,数控刀具的材料,高速钢,钨钴类,钨钛钴类,Mo系高速钢,W系高速钢,硬质合金,钨钛钽（铌）钴类,陶瓷,纯氧化铝类（白色陶瓷）,TiC添加类（黑色陶瓷）,立方碳化硼,聚晶金刚石,数控刀具的材料,7,刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一。选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。选取刀具时，要使刀具的尺寸和形状相适应。,四数控刀具的选择,8,刀具选择应考虑的主要因素有：,如操作间断时间、振动、电力波动或突然中断等。,被加工工件的材料、性能,如金属、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。,加工工件信息,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,切削用量三要素，包括主轴转速、切削速度与切削深度。,9,车刀的选择,数控车床使用的刀具从切削方式上分为三类：圆表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔类刀具。各类刀具又具有不同的形状和材质。,1、车削刀具类型数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准（硬质合金可转位刀片按GB120761987），刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金以及高速钢。数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀具、外螺纹刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、切断刀具、孔加工刀具(包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等)。,10,机夹可转位刀具在固定不重磨刀片时通常采用螺钉、螺钉压板、杠销或楔块等结构。（如图10-15）,11,常用外圆可转位车刀类型如图1016所示。,12,车刀上的硬质合金可转位刀片按(GB120761987）规定有：等边等角(如正方形、正三角形、正五边形等)、等边不等角(如菱形)、等角不等边(如矩形)、不等角不等边(如平行四边形)圆形等5种（如图1017所示）,13,14,选择刀具类型主要应考虑如下几个方面的因素：(1)一次连续加工表面尽可能多。(2)在切削过程中刀具不能与工件轮廓发生干涉。(3)有利于提高加工效率和加工表面质量。(4)有合理的刀具强度和耐用度。,这里着重介绍圆弧形车刀的选用。圆弧形车刀是与普通车削加工用圆弧成型车刀性质完全不同的特殊车刀，它适用于某些精度要求较高的凹曲面零件(见图10-18)或一刀即可完成跨多个象限的外圆弧面零件(见图10一19)的车削。,15,车削时，圆弧形车刀的切削刃与被加上轮廓曲线作相对“滚动”运动(见图10-19)，这时，车刀在不同的切削位置上，其“刀尖”在圆弧切削刃上也有不同位置(即相切的切点)。,16,结论：圆弧形车刀切削刃对零件的车削是以无数个连续变化位置的“刀尖”进行的。规定圆弧形车刀刀位点必须在该圆弧刃的圆心位置上。,要满足车刀圆弧刃的半径处处等距，则必须保证该圆弧刃具有很小的圆度误差，一般采用特殊的制造工艺(如光学曲线磨削等)加工。,圆弧刀刀具参数的设置（如图10-20）,x刀尖在x轴方向的位置z刀尖在z轴方向的位置I刀尖半径L刀头长,17,铣削加工刀具的选择,1对刀具的基本要求1)铣刀刚性要好铣刀刚性要好的目的有二：一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。,2）铣刀的耐用度要高尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，不仅会影响零件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，从而降低了零件的表面质量。,18,除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要。切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意加工质量的前提。,2铣刀的种类铣刀种类很多，这里只介绍几种在数控机床上常用的铣刀。,(1)面铣刀如图10-21所示，面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构，刀齿材料为高速钢或硬质含金，刀体为40Cr。,19,高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=80250mm，螺旋角=10，刀齿数Z=1026。硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高、加工效率高、加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用。硬质合金面铣刀按刀片和刀齿安装方式的不同，可分为整体焊接式、机夹一焊接式和可转位式三种(见图10-22),20,(2)立铣刀立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀，其结构如图10-23所示，立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。,立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。主切削刃一般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。,为了能加工较深的沟槽，并保证有足够的备磨量，立铣刀的轴向长度一般较长。为了改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，刀齿数比较少，容屑槽圆弧半径则较大。一般粗齿立铣刀齿数Z=3-4，细齿立铣刀齿数Z=58，套式结构Z=1020，,21,容屑槽圆弧半径r=2-5mm。当立铣刀直径较大时，还可制成不等齿距结构，以增强抗振作用，使切削过程平稳。,标准立铣刀的螺旋角为4045(粗齿)和3035(细齿)，套式结构立铣刀的为1525。,直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。271mm的立铣刀制成直柄；663mm的立铣刀制成莫氏锥柄；2580mm的直铣刀做成7：24锥柄，内有螺孔用来拉紧刀具。但是由于数控机床要求铣刀能快速自动装卸，故立铣刀柄部形式也有很大不同，一般是由专业厂家按照一定的规范设计制造成统一形式、统一尺寸的刀柄。直径为40160的立铣刀可做成套式结构。,22,23,(3)模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀(圆锥半角/2=3、5、7、10），圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。,它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。国家标准规定直径d=4-63mm。图10-24所示为高速钢制造的模具铣刀，图10-25所示为用硬质合金制造的模具铣刀。小规格的硬质合金模具铣刀多制成整体结构，16mm以上直径的，制成焊接或机夹可转位刀片结构。,24,25,(4)键槽铣刀如图10-26所示，它有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既像立铣刀，又像钻头。加工时先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。,按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d=222mm，锥柄键槽铣刀直径d=1450ram。键槽铣刀直径的偏差有e8和d8两种。键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面的一小段长度内发生磨损，重磨时，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后铣刀直径不变。,(5)鼓形铣刀图10-27所示是一种典型的鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃。,26,这种刀具的缺点是刃磨困难，切削条件差，而且不适合加工有底的轮廓表面。,(6)成形铣刀图10-28是常见的几种成型铣刀，一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造的，如角度面、凹槽、特形孔或台等。,27,3铣刀的选择铣刀类型应与工件表面形状与尺寸相适应。加工较大的平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等多选用模具铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工带斜角零件的带斜角面应选用鼓形铣刀；加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。根据不同的加工材料和加工精度要求，应选择不同参数的铣刀进行加工。,28,第五节工具系统,由于在数控机床上要加工多种工件，并完成工件上多道工序的加工，因此需要使用的刀具品种、规格和数量较多。,为减少刀具的品种规格，有必要发展柔性制造系统和加工中心使用的工具系统。,29,车削类工具系统（整体式）,10-29整体式工具系统组成,30,铣镗类工具系统（模块式）