【第五章数控刀具系统及机床夹具】 机床夹具

来源:演讲稿 发布时间:2019-10-20 15:28:05 点击:
数控加工工艺学,第5章 数控刀具系统及机床夹具,5.1 数控加工刀具的种类及特点 5.2 可转位刀片及其代码 5.3 数控机床的主传动系统 5.4 数控机床刀具系统 5.5 数控机床夹具,一、数控加工刀具的种类 数控加工刀具的分类方法很多,具体见表5-1。,,5.1 数控加工刀具的种类及特点,二、数控加工刀具的特点 相对于普通金属切削刀具,数控加工刀具有如下特点:
(1)刀片或刀具几何参数和切削层参数规范化、典型化。

(2)刀片或刀具材料及切削层参数与被加工材料对应匹配。

(3)刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理化。

(4)刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化。,,5.1 数控加工刀具的种类及特点,(5)刀具应具有较高的精度,如刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀柄的转位、装拆和重复精度。

(6)刀柄应具有较高的强度、刚性和耐磨性。

(7)刀柄或工具系统的装机重量有限度。

(8)刀片及刀柄切入的位置和方向有要求。

(9)刀片及刀柄定位基准、自动换刀系统的优化。,,5.1 数控加工刀具的种类及特点,三、数控加工机床对刀具的要求 (1)高强度及高可靠性。

(2)高精度。

(3)适应高速切削,有良好的切削性能。

(4)使用寿命长。

(5)能精确而迅速的调整。

(6)断屑及排屑性能好。

(7)具有刀具工作状态检测装置。,,5.1 数控加工刀具的种类及特点,一、可转位刀具的优点 数控机床使用的可转位刀具有如下的优点:
(1)刀具可转位,减少辅助时间,提高劳动生产率。

(2)刀片可更换,延长刀具寿命。

(3)刀杆使用时间长,有利于降低刀具成本。,,5.2 可转位刀片及其代码,二、可转位刀片的代码及其标记方法 从刀具结构的应用方面看,数控机床主要采用镶嵌式机夹可转位刀片的刀具。按国际标准ISO 1832-1985,机夹可转位刀片代码由10位字符串组成,其排列如下:,,5.2 可转位刀片及其代码,其中,第1位代表刀片的几何形状及夹角;
第2位代表刀片主切削刃后角(法后角);
第3位代表刀片内接圆d和厚度s的精度等级;
第4位代表刀片形式、紧固方法或断屑槽;
第5位代表刀片边长、切削刃长;
第6位代表刀片厚度;
第7位代表刀尖圆角半径rε或主偏角kr或修光刃后角αn;
第8位代表切削刃状态、刀尖切削刃或倒棱切削刃;
第9位代表进刀方向或倒刃宽度;
第10位代表制造商的补充符号或倒刃角度。

一般情况下,第8位和第9位代码不被使用,当有要求时才予以填写。第10位代码因厂商而异。

图5-1为可转位车刀片、铣刀片的标记方法。,,5.2 可转位刀片及其代码,,5.2 可转位刀片及其代码,三、可转位刀片的夹紧方式 可转位刀片的夹紧方式有很多种,为使刀具达到良好的切削性能,对刀片的夹紧方式有如下基本要求:
(1)夹紧可靠,不发生松动或移动。

(2)定位准确,确保定位精度和拆装、转位的重复精度。

(3)排屑流畅,有足够的排屑空间

(4)结构简单,工艺性好。

(5)定位夹紧元件有足够的强度和耐磨性。,,5.2 可转位刀片及其代码,一般的夹紧方式有上压式(代码为C)、上压与销孔夹紧(代码为M)、销孔夹紧(代码为P)和螺钉夹紧(代码为S),如图5-2所示。,,5.2 可转位刀片及其代码,图5-2 可转位刀片的夹紧方式,四、可转位刀片的选择 1.刀片材料的选择 目前应用最多的刀片材料为硬质合金及带有涂层的硬质合金。

2.刀片外形的选择 刀片外形对切削性能产生的影响,如图5-3所示。,,5.2 可转位刀片及其代码,图5-3 刀片外形对切削性能产生的影响,3.刀尖圆弧半径选择 刀尖圆弧半径大,表面粗糙度值增大,切削力增大且容易产生振动,但刀刃强度增加,刀具前后面磨损减少。对于小余量、小进给量车削加工,应采用小的刀尖圆弧半径。反之,宜采用较大的刀尖圆弧半径。

4.刀片后角的选择 常用的刀片后角有N(0°)、C(7°)、P(11°)、E(20°)等。一般粗加工、半精加工可用N型;
半精加工、精加工可用C型、P型;
加工铸铁、硬钢可用N型;
加工不锈钢可用C型、P型;
加工铝合金可用P型、E型;
一般孔加工刀片可用C型、P型,大尺寸孔可用N型。,,5.2 可转位刀片及其代码,一、选择数控加工刀具应考虑的因素 选择数控加工刀片或刀具应考虑的因素是多方面的,如机床的种类、型号、被加工的材料等,大致可归纳为以下几点。

(1)被加工材料及性能。

(2)切削工艺的类别。

(3)被加工工件的几何形状、零件精度和加工余量等因素。

(4)刀具所能承受的切削用量。

(5)其他因素,如生产现场条件及生产量等。,,5.3 数控加工刀具的选择,二、数控车削刀具的选择 1.车刀的种类 常用数控车削刀具的种类有尖形车刀、圆弧车刀和成形车刀等。

(1)尖形车刀。一般称带有直线切削刃的车刀为尖形车刀。这类刀具主要依靠其刀尖或直线形切削刃对零件进行加工。,,5.3 数控加工刀具的选择,(2)圆弧车刀。

圆弧车刀的特征是其主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或轮廓误差很小的圆弧,如图5-4所示。,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-4 圆弧车刀,(3)成形车刀。

成形车刀的特征是其刃形根据被加工零件轮廓设计。

图5-5所示为常用车刀的种类、形状和用途。,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-5 常用车刀的种类、形状和用途,(4)车刀类型的确认。

车刀类型的确认,必须考虑到车削切削部分的形状及零件轮廓的形成原理(包括编程因素)这两方面。当车刀刀尖的圆弧半径与零件上最小的凹形圆弧半径相同且在加工程序中无此圆弧程序段时,则可认为该车刀为成形车刀;
当车刀刀尖为圆弧状且编程时对刀具圆弧半径进行半径补偿,则可认为该车刀为圆形车刀;
当车刀刀尖上标注的圆弧尺寸为倒棱性质时,该车刀为尖形车刀。

(5)车刀类型的选择。

加工普通外圆及内孔或精度不高的曲面时,可选用尖形车刀;
对于某些精度要求较高的凹曲面车削或大外圆弧面的批量车削以及尖形车刀所不能完成的加工,宜选用圆弧车刀;
成形车刀在数控加工中应尽量避免使用。,,5.3 数控加工刀具的选择,2.常用数控车削刀具几何参数的选择 (1)尖形车刀几何参数的选择。

尖形车刀几何参数的选择主要指车刀几何角度的选择。选择方法基本与普通车削时基本相同 。

(2)圆弧形车刀几何参数的选择。

圆弧形车刀前、后角的选择在原则上与普通车刀相同,只不过形成其前角(大于时)的前刀面一般都为凹球面,形成其后角的后刀面一般为圆锥面。

圆弧形车刀的几何参数除了前角和后角外,主要几何参数还有车刀圆弧切削刃的形状及半径。选择车刀圆弧半径的的大小时,应考虑两点:①车刀切削刃圆弧半径应当小于或等于零件凹形轮廓上的最小半径,以免发生干涉;
②车刀圆弧半径不宜太小,否则车刀制造困难且极易损坏。,,5.3 数控加工刀具的选择,三、数控铣削刀具的选择 1.铣刀的类型 (1) 面铣刀。

如图5-6所示,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-6 面铣刀,硬质合金面铣刀按刀片和刀齿的安装方式不同,可分为整体式、机夹-焊接式和可转位式3种(图5-7)。,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-7硬质合金面铣刀,(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5-8所示。,,5.3 数控加工刀具的选择,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-8 立铣刀,(3) 模具铣刀。,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-9 高速钢模具铣刀,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-10 硬质合金模具铣刀,(4) 键槽铣刀。键槽铣刀,如图5-11所示,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-11 键槽铣刀,(5) 鼓形铣刀。如图5-12 所示是一种典型鼓形铣刀,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-12 鼓形铣刀,(6) 成型铣刀。

如图5-13所示为几种常见的成型铣刀类型,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-13 常见成型铣刀类型,2.铣刀类型的选择 加工较大平面应选择面铣刀;

加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓零件应选择立铣刀;

曲面加工常采用球头铣刀;

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;
加工封闭的键槽应选择键槽铣刀;

加工变斜角零件的变斜角面应选择鼓形铣刀;

加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成型铣刀。

目前数控机床中使用最多的是可转位面铣刀和立铣刀。,,5.3 数控加工刀具的选择,3.铣刀主要参数的选择 (1)面铣刀主要参数的选择。

标准可转位面铣刀直径为16~630mm。粗铣时,选用直径较小的铣刀;
精铣时,选用直径较大的铣刀。

可转位面铣刀分粗齿、细齿和密齿3种。粗车铣刀一般用于粗铣钢件;
粗铣带断续表面的铸件或平稳条件下铣削钢件时,可选用细齿铣刀;
而密齿铣刀一般用于薄壁铸件的加工。,,5.3 数控加工刀具的选择,由于铣削时有冲击,面铣刀的前角一般比车刀略小。前角的数值主要根据刀具材料与工件材料来选择,其具体数值可参见表5-2。,,5.3 数控加工刀具的选择,(2)立铣刀主要参数的选择。立铣刀的前、后角一般选择正值,具体情况参见表5-3。,,5.3 数控加工刀具的选择,四、孔加工刀具的选择 1.钻孔刀具的选择 孔加工刀具有麻花钻、可转位浅孔钻及喷吸钻等。

在加工30mm以下的孔时,麻花钻为主要的加工工具(如图5-14),直径为8~80mm的麻花钻多为莫氏锥柄,直径为0.1~20mm的麻花钻多为圆柱刀柄;

加工直径为20~60mm、l/d≤3的中浅孔时,可选用可转位浅孔钻,其外形如图5-15所示;

对于5≤l/d≤100(深径比)的深孔,应选用深孔加工刀具进行加工,如喷吸钻(图5-16);
,,5.3 数控加工刀具的选择,,5.3 数控加工刀具的选择,1-主后刀面;
2-前刀面;
3-副切削刃 4-横刃;
5-主切削刃;
6-副后刀面 图5-14 麻花钻的结构图,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-15 直柄浅孔钻,,5 5.3 数控加工刀具的选择,1-工件;
2-钻套;
3-外钻管;
4-喷嘴;
5-内钻管;
6-钻头 图5-15 直柄浅孔钻,2.扩孔刀具的选择 扩孔钻是主要的扩孔刀具,用于扩大孔径并提高孔的加工精度。

扩孔钻的结构形式有高速钢整体式(图5-17(a))、镶齿套式(图5-17(b))及硬质合金可转位式(图5-17(c))等。

扩孔直径较小或中等时,选用高速钢整体式扩孔;
扩孔直径较大时,选用镶齿式扩孔;
扩孔直径在20~60mm之间,且机床刚性好、功率大时,可选用硬质合金可转位式。,,5.3 数控加工刀具的选择,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-17 扩孔钻,3.铰孔刀具的选择 数控加工机床一般选用通用标准铰刀,其结构如图5-18所示。通用标准铰刀分直柄、锥柄和套式3种。,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-18 铰刀,4.镗孔刀具的选择 镗刀一般用于箱体孔的加工,加工精度可达IT7~IT6,表面粗糙度值Ra为6.3~0.8μm,精镗可达0.4μm。镗刀一般可分为单刃镗刀和多刃镗刀两大类,如图5-19所示。,,5.3 数控加工刀具的选择,图5-19 单刃镗刀、多刃镗刀和浮动镗刀的结构,一、数控刀具刀柄 刀柄是机床主轴和刀具之间的连接工具,是数控机床工具系统的重要组成部分。

1.数控刀具刀柄的结构特点 在我国制订的标准中,刀柄有直柄(JE)和锥柄(JT)两种形式,如图5-20所示。加工中心上一般刀柄均采用7∶24圆锥工具柄。

目前在我国多采用国际标准ISO7388-1983,中国标准GB10944-1989,日本标准MAS404-1982,美国标准ANSI/ASMB5.50-1985。,,5.4 数控机床刀具系统,,5.4 数控机床刀具系统,图5-20 刀柄结构示意图,2.常用数控刀具刀柄及拉钉结构 我国数控刀柄结构(GB10944-1989)如图5-21所示。相应的拉钉国际标准GB10945-89包括两种形式:A型用于不带钢球的拉紧装置,其结构如图5-22(a)所示;
B型用于带钢球的拉紧装置,其结构如图

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