金 属 切 削 原 理 与 刀 具第12章

1、12.1 概述 工具系统是指由切削性能优良能满足各种不同形状、规格、状态的切削加工需要的刀具和更换夹紧方便、重复定位精度高的配套工具等组成的系统化工具，是刀具与机床的接口，由刀柄、连杆、连接套和夹头等组成。它除了刀具本身外，还包括实现刀具快换所必需的定位、夹紧、抓拿及刀具保护等机构。 数控机床工具系统分为镗铣类数控工具系统和车床类数控工具系统。它们主要由刀具部分和工具柄部、接杆和夹头等装夹工具两部分组成。20世纪70年代，工具系统以 第十二章 数控工具系统简介 第十二章 数控工具系统简介整体式结构为主，20世纪80年代初，开发出车削和镗铣两大类模块式结构的工具系统，20世纪80年代末，开发出通

2、用模块式结构的工具系统。模块式工具系统将工具的柄部和工作部分分割开，制成各种系统化的模块，然后经过不同规格的中间模块，组成各种不同用途、不同规格的工具 数控机床工具系统还要具备以下要求。（1）具有较高的换刀精度和定位精度。（2）具有较高的刀具耐用度。（3）具有较高的刚性。（4）刀具断屑、排屑性能要好。（5）工具系统的装卸、调整要方便。（6）标准化、系列化和通用化。 第十二章 数控工具系统简介122 镗铣类数控工具系统 镗铣类数控工具系统可完成镗、铣、钻和铰削、锪孔（锪平面）、攻螺纹等多种加工工艺。镗铣类数控工具系统是指镗铣床主轴到刀具之间的各种连接刀柄的总称。其主要作用是连接主轴与刀具，使刀具

3、达到所要求的位置与精度，传递切削所需扭矩及保证刀具的快速更换，数控镗铣床上除了标准刀具外，还时常会用到各种高效刀具。不仅如此，有时工具系统中某些工具还要适应刀具切削中的特殊要求。工作时，刀柄按工艺顺序先后装在主轴上，随主轴一起旋转，工件固定在工作台上作进给运动。 镗铣类数控工具系统按其结构不同，可分为整体式与模块式两大类。第十二章 数控工具系统简介 我国制定了“镗铣类整体数控工具系统”标准（TSG工具系统）和“镗铣类模块式数控工具系统”标准（TMG工具系统），它们都采用JT系列刀柄为标准刀柄。也将BT系列作为非标准刀柄首位推荐。 加工中心上常用7:24长圆锥柄。在主轴端为同一锥度号的加工中心的

4、主轴孔，以及刀库、换刀机械手之间互相通用。在欧美目前较盛行的是德国的HSK系列短锥刀柄。该刀柄采用锥面和端面双重定位，刚性好，精度高，但无法与长圆锥柄互换。日本开发BIG-PLUS系列刀柄，该刀柄除保留了HSK双面定位的特点外，可与长圆锥柄互换。1镗铣类整体式工具系统 图12.1所示为镗铣类整体式工具系统，它是把工具部第十二章 数控工具系统简介和装夹刀具的工作部分做成一体，并要求不同工作部分都具有同样结构的刀柄，以便与机床的主轴相连。它具有可靠性强、使用方便、结构简单、调换迅速及刀柄种类多的特点。图12.1 镗铣类整体式工具系统的组成第十二章 数控工具系统简介2模块式工具系统 模块式工具系统把

5、整体式刀具分解成工具柄部、中间连接块和工作头部3个主要部分，制成各种系列化的标准模块，然后通过各种连接结构，在保证刀杆连接精度、强度和刚性的前提下，将这3部分连接成整体，组成一套套不同规格的模块式工具，如图12.2所示。如我国的G系统，现已开发了TMG10、TMG21及TMG28等模块式工具系统。它既可用于加工中心和数控镗铣床，又可用于柔性加工系统（FMS和FMC）。国外开发了多种多样的模块式工具系统，有些工作模块与切削刀具做成一体，国外属于这种类型的工具系统主要有以下几种：德国Walter公司的Novex工具系统，Komet公司的ABS工具系统，Hertel第十二章 数控工具系统简介公司的M

6、C工具系统，Krupp公司与Kennametal公司的Widaflex工具系统以及瑞典Sandvik公司的Capto工具系统Varilock工具系统和。 图12.2 镗铣类模块式工具系统的组成第十二章 数控工具系统简介12.2.1 TSG工具系统 TSG工具系统属于整体式结构，是专为加工中心和镗铣类数控机床配套的工具系统，也可用于普通镗铣床。具有结构简单、整体刚性强、使用方便、工作可靠、更换迅速等优点。缺点是不同品种和规格的工作部分都必须带有与机床相连的柄部，使得锥柄的品种和数量较多。图12.3所示为TSG82工具系统，选用时一定要按图示进行配置 我国的TSG系统固定了各式刀柄、刀杆、接长杆等

7、工具代号、结构、尺寸系列、连接形式及适用范围。1工具系统的型号的表示方法 型号是由字母和数字代号，按一定顺序排列的5个号位组成，如示例，其表示内容如下。 第十二章 数控工具系统简介图12.3 TSG82工具系统第十二章 数控工具系统简介（1）工具柄部形式。1号位以两位字母表示工具柄部形式。工具柄部一般采用7:24圆锥柄。刀具生产厂家主要提供GB 1094489、ISO7388/1-A、DIN69871-A、MAS403BT、ANSI B5.50和ANSI B5.50CAT 5种标准的自动换刀刀柄。其中，GB 1094489、ISO7388/1-A和DIN69871-A是等效的。而ISO7388

8、/1-B为中心通孔内冷却型。另外，GB 3837、ISO2583和DIN2080标准为手动换刀刀柄，用于数控机床的手动换刀。 第十二章 数控工具系统简介 工具柄部有JT、BT和ST 3种，都可直接与机床主轴连接。JT表示采用国际标准制造的加工中心机床用带机械手夹持槽的锥柄柄部；BT表示采用日本标准制造的加工中心机床用带机械手夹持槽的锥柄柄部；ST表示按GB 3837制造的数控机床用无机械手夹持槽的锥柄。镗刀类刀柄自己带有刀头，可用于粗、精镗。KH、ZB、MT和MTW为4类接杆，TSG工具柄部形式如表12.1所示。 第十二章 数控工具系统简介（2）柄部尺寸。2号位以两位数字表示柄部尺寸。对锥柄表

9、示相应的ISO锥度号，对圆柱柄表示直径。（3）工具用途代码。3号位以13位字母表示工具的用途。TSG82工具系统用途的代码和意义如表12.2所示。第十二章 数控工具系统简介（4）工具规格。4号位以数字表示工具的工作特性，其含义随工具的不同而不同。（5）工作长度。5号位以数字表示工具的设计工作长度。2工具系统所用拉钉（1）ISO标准A型拉钉。配用JT型刀柄。（2）ISO标准B型拉钉。配用JT型刀柄。（3）日本标准MAS403拉钉。配用BT型刀柄。（4）德国标准DIN69872拉钉。配用JT型刀柄。 示例JT 45 Q 32 120型号所表示的工具为：自动换刀机床用7:24圆锥工具柄，锥柄为45号

10、，前部为弹簧夹，最大夹持直径32mm，刀柄工作长度（锥柄大端直径57.15处到弹簧夹头前端面的距离）为120mm。 第十二章 数控工具系统简介12.2.2 TMG工具系统 模块式工具系统就是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，然后经过不同规格的中间模块，组装成一套套不同用途、不同规格的模块式工具。 图12.4所示为我国镗铣类模块式TMG21工具系统图谱1TMG数控工具系统的类型及其特点 为了区别各种不同的模块式工具系统，我们在TMG之后加上两位数字表示其结构特征，即TMG，以示区别 第1位数字表示模块连接的定心方式，其代号意义如表12.3所示。 国内镗铣类模块式工具系统有TM

11、G10、TMG21及TMG28等。 第十二章 数控工具系统简介图12.4 TMG 21工具系统第十二章 数控工具系统简介（1）TMG10模块式工具系统。各模块之间的连接采用短圆锥定心，轴向用中心螺钉拉紧，主要用于工具组合后不经常拆卸或零件批量加工件的情况。（2）TMG21模块式工具系统。各模块间的连接采用单圆第十二章 数控工具系统简介柱面定心、径向销钉锁紧、端面摩擦传递扭矩。连接结构一端为孔，另一端为轴，两者插入后通过锁紧螺钉锁紧，形成为一个刚性刀炳，一端和机床主轴连接，另一端可安装上各种可转位刀具便构成了一个先进的工具系统。它的最大特点就是可根据加工需要，通过中间模块的连接调整刀具的长度，主

12、要用于重型机械、机床等各种行业。（3）TMG28模块式工具系统。是我国开发的新型工具系统，其各模块之间的连接采用单圆柱面定心、径向锁紧方式。TMG28工具系统互换性好，连接的重复精度高，模块组装、拆卸方便，模块之间的连接牢固可靠，结合刚性好，达到国外模块式工具系统的水平。主要用于高效切削工具，如可转位浅孔钻、扩孔钻、双刃镗刀等。第十二章 数控工具系统简介2TMG模块型号的表示方法 TMG模块型号是由给定意义的字母和数字代号，按一定顺序排列的7个号位组成，如示例，其表示内容如下。（1）模块连接的定心方式。1号位以1位数字表示模块连接的定心方式。即TMG类型代号中的第1位数字（05）所表示的含义。

13、（2）模块连接的锁紧方式。2号位以1位数字表示模块连接的锁紧方式。即TMG代号中的第2位数字所表示的义。（3）模块所属种类。3号位以12位字母表示模块的类第十二章 数控工具系统简介别，共有5种，如表12.5所示。 （4）柄部形式代号。4号位以12位字母表示模块的柄部形式。（5）锥度规格。5号位以2位数字表示模块的柄部尺寸。（6）模块接口处直径。6号位以数字表示模块接口处的直径，即主柄模块和刀具模块接口处的外径，单位为mm。（7）装在主轴上悬伸长度。7号位以数字表示模块装在主轴上悬伸长度，单位为mm。 示例21AJT4025-50表示TMG21工具系统的主柄模块，锥柄形式为JT，规格为40号7:

14、24锥度，主柄模块接口外径为25mm，装在主轴上悬伸长度为50mm。 第十二章 数控工具系统简介12.3 数控车削工具系统 图12.5所示为数控车削工具系统的结构体系，它与下列因素有关。 图12.5 数控车削加工刀具的工具系统的一般结构体系第十二章 数控工具系统简介（1）机床刀架形式。数控车床刀架形式如图12.6所示。（2）刀具类型。例如定尺寸刀具与非定尺寸刀具，刀具类型不同，所需刀夹亦不同。（3）刀具系统是否需要动力驱动，动力刀夹与非动力刀夹结构也不同。世界上各著名刀具制造厂商都有自己的车削工具系统，它们都是模块式车削工具系统，如图12.7所示，其特点如下。 一般只有主柄模块和工作模块，较少使用中间模块。 主柄模块有较多的结构形式。 工作模块主要有两大类型：一类是连接柄和刀体做成一体的各种刀具模块；另一类是用于装夹钻头、丝锥、铣刀等标准工具或专用工具的夹刀模块。第十二章 数控工具系统简介图12.6 常见数控车床刀架形式第十二章 数控工具系统简介图12.7 模块式车削工具系统第十二章 数控工具系统简介 为了使工具系统与机床的连接实现通用化和扩大互换性，常用的主柄模块有两种形式，一种是德国DIN69880的型式；另一种是德国VD-MA推荐的结构，由圆柱柄定位，端面法兰盘固定。前者适用