机械数控机床原理第05章工程课件

第第5章章 数控机床刀具和刀库数控机床刀具和刀库5.1 数控机床刀具和刀库概述数控机床刀具和刀库概述5.2 数控机床常用刀具及工具系统数控机床常用刀具及工具系统5.3 刀具测量与调整刀具测量与调整5.4 数数 控控 车车 床床 刀刀 架架5.5 加加 工工 中中 心心 刀刀 库库5.1 数控机床刀具和刀库概述数控机床刀具和刀库概述5.1.1 数控加工对刀具的要求数控加工对刀具的要求5.1.2数控机床刀具技术的发展数控机床刀具技术的发展刀具材料从以下几个方面在进行发展：刀具材料从以下几个方面在进行发展：具有较高的硬度和耐磨性；具有较高的硬度和耐磨性；具有较高的强度和韧性；具有较高的强度和韧性；具有良好的耐热性和导热性；具有良好的耐热性和导热性；应具有较好的抗粘结性；应具有较好的抗粘结性；应具有良好的工艺性。应具有良好的工艺性。高速钢刀具高速钢刀具硬质合金刀具硬质合金刀具金刚石、立方氮化硼（金刚石、立方氮化硼（CBN）材料为代表）材料为代表的超硬刀具的超硬刀具还发展了陶瓷刀具还发展了陶瓷刀具 涂层技术是刀具技术发展的关键之一。涂层技术是刀具技术发展的关键之一。CVD（化学气相沉积）和（化学气相沉积）和PVD技术（物理技术（物理气相沉积）。提高刀具的耐磨性、耐高温气相沉积）。提高刀具的耐磨性、耐高温性、抗粘结性、耐热冲击性等。性、抗粘结性、耐热冲击性等。5.2 数控机床常用刀具及工具系统数控机床常用刀具及工具系统5.2.1数控机床刀具分类数控机床刀具分类1按照刀具结构分按照刀具结构分整体式整体式镶嵌式镶嵌式其他特殊结构型式其他特殊结构型式 2按照制造刀具所用的材料分按照制造刀具所用的材料分高速钢刀具高速钢刀具硬质合金刀具硬质合金刀具金刚石刀具金刚石刀具其他材料刀具其他材料刀具 3按照切削工艺分按照切削工艺分车削刀具车削刀具孔加工刀具孔加工刀具镗铣削刀具等镗铣削刀具等5.2.2数控机床用刀具材料数控机床用刀具材料1高速钢高速钢 高速钢是含钨（高速钢是含钨（W）、钼（）、钼（Mo）、）、铬（铬（r）、钒（）、钴（）、钒（）、钴（o）等元素）等元素的高合金钢。的高合金钢。2硬质合金硬质合金硬质合金是采用高硬度的金属碳化物（硬质合金是采用高硬度的金属碳化物（C、TiC、NbC等）与金属粘接剂（等）与金属粘接剂（o、Ni等）通过粉末冶金的方法制造的烧结体。等）通过粉末冶金的方法制造的烧结体。3陶瓷陶瓷陶瓷材料是在氧化铝（陶瓷材料是在氧化铝（Al2O3）基体内加入）基体内加入氧化物、碳化物或氮化物的无机非金属材料。氧化物、碳化物或氮化物的无机非金属材料。4立方氮化硼（简称立方氮化硼（简称CBN）是氮化硼（是氮化硼（BN）的同素异形体）的同素异形体 5金刚石金刚石（1）天然单晶金刚石）天然单晶金刚石（2）人造聚晶金刚石（）人造聚晶金刚石（PCD）6金属陶瓷（金属陶瓷（Cermet）金属陶瓷是以碳化钛（金属陶瓷是以碳化钛（TiC）、氮化）、氮化钛（钛（TiN）以及碳氮化钛（）以及碳氮化钛（TiCN）为基体，）为基体，以镍（以镍（Ni）为粘结剂，加入少量其他材料）为粘结剂，加入少量其他材料（如（如Cr、Mo、W等）构成的复合材料等）构成的复合材料。7涂层硬质合金刀具材料涂层硬质合金刀具材料 在硬质合金或高速钢的基体上（其中在硬质合金或高速钢的基体上（其中以涂层硬质合金刀具材料应用最为广泛），以涂层硬质合金刀具材料应用最为广泛），涂上极薄的一层或多层硬度高、耐磨性好、涂上极薄的一层或多层硬度高、耐磨性好、抗氧化、耐腐蚀、抗粘结的金属化合物材抗氧化、耐腐蚀、抗粘结的金属化合物材料所构成的新型刀具材料。料所构成的新型刀具材料。5.2.3常用数控刀具结构常用数控刀具结构5.2.3.1整体式刀具整体式刀具5.2.3.2机夹式刀具机夹式刀具1机夹可转位刀具的结构组成机夹可转位刀具的结构组成 图5.4机夹式刀具结构组成示意图 2机夹可转位刀具的类型机夹可转位刀具的类型3机夹可转位刀具刀片的定位与夹紧机夹可转位刀具刀片的定位与夹紧（a）偏心夹紧 （b）杠杆夹紧 （c）上压式 （d）螺钉夹紧图5.5 几种机夹可转位刀具定位与夹紧结构示意图 5.2.4 数控机床刀具的选用数控机床刀具的选用在选用数控刀具时一般遵循如下原则：在选用数控刀具时一般遵循如下原则：应尽可能选用机夹可转位涂层刀具；应尽可能选用机夹可转位涂层刀具；应应根根据据工工件件形形状状选选择择适适当当的的刀刀具具形形式；式；在在大大批批量量生生产产时时，应应尽尽量量采采用用各各种种高效刀具；高效刀具；选择刀片时应考虑的因素选择刀片时应考虑的因素1工件材料的类别工件材料的类别2工件材料的状况工件材料的状况3切削工艺的类别切削工艺的类别4被加工的工件的几何形状被加工的工件的几何形状5要求刀片能承受的切削参数容量要求刀片能承受的切削参数容量6被加工件的生产批量被加工件的生产批量5.2.5 数控机床工具系统数控机床工具系统1数控机床工具系统的应用意义和发展数控机床工具系统的应用意义和发展2常用数控机床工具系统常用数控机床工具系统 TMT系统和我国的系统和我国的TSG82系统等。系统等。（1）TSG82整体式工具系统整体式工具系统图5.9 TSG82工具系统图谱（2）TMG21模块式工具系统模块式工具系统3数控机床工具系统选择数控机床工具系统选择 （1）在在结结构构选选型型上上考考虑虑整整体体式式工工具具系系统统还是模块式工具系统还是模块式工具系统 整体式工具系统结构简单，价格便宜，整体式工具系统结构简单，价格便宜，但是使用范围单一；模块式工具系统价格但是使用范围单一；模块式工具系统价格较高，但是使用范围广、灵活机动。长期较高，但是使用范围广、灵活机动。长期反复使用，不需要拼装的简单刀柄，以配反复使用，不需要拼装的简单刀柄，以配备整体式刀柄为宜。对于多品种小批单件备整体式刀柄为宜。对于多品种小批单件生产，以选用模块式工具系统为宜。如果生产，以选用模块式工具系统为宜。如果拥有较多数控机床，选用模块式工具系统拥有较多数控机床，选用模块式工具系统可以取得明显的经济效益。可以取得明显的经济效益。（2）刀柄数量的选择）刀柄数量的选择一般是日常加工所需刀柄数量的一般是日常加工所需刀柄数量的2到到3倍。倍。（3）刀柄种类选择）刀柄种类选择（4）注意刀柄及刀具结构标准）注意刀柄及刀具结构标准 标准有很多，在选用时应确认机床所标准有很多，在选用时应确认机床所采用的标准。采用的标准。5.3 刀具测量与调整刀具测量与调整5.3.1 刀具的分类和调整方法刀具的分类和调整方法1刀具测量分类刀具测量分类 按按照照测测量量进进行行地地点点分分为为在在线线测测量量和和离离线线测量。测量。按按照照测测量量装装置置测测头头与与刀刀具具接接触触形形式式分分为为接触式测量和非接触式测量。接触式测量和非接触式测量。按按照照测测量量设设备备工工作作原原理理有有机机械械式式、光光学学式和机电式等。式和机电式等。2刀具调整方法刀具调整方法 在对刀具进行调整时，根据刀具及工在对刀具进行调整时，根据刀具及工具系统结构不同，采用相应的方法调整刀具系统结构不同，采用相应的方法调整刀具尺寸参数。刀具尺寸调整主要分：径向具尺寸参数。刀具尺寸调整主要分：径向尺寸调整、轴向尺寸调整及两者的综合调尺寸调整、轴向尺寸调整及两者的综合调整。可以采用不同的调整方法和调整结构整。可以采用不同的调整方法和调整结构来满足相应调整要求。来满足相应调整要求。5.3.2 刀具预调仪刀具预调仪1刀具预调仪分类刀具预调仪分类2刀具预调仪选购与使用刀具预调仪选购与使用图5.13立式刀具预调仪 5.4 数数 控控 车车 床床 刀刀 架架5.4.1 数控车床的结构和要求数控车床的结构和要求1数数控控车车床床刀刀架架的的发发展展与与性性能能要要求求（a）立式刀架 （b）卧式刀架 图5.14数控车床用刀架 2数控车床刀架结构形式数控车床刀架结构形式 排式刀架排式刀架 立式回转刀架立式回转刀架 卧式回转刀架卧式回转刀架 5.4.2 典典型型数数控控车车床床刀刀塔塔结结构构与与工工作原理作原理图5.15MJ-50数控车床的回转刀架结构简图 5.5 加加 工工 中中 心心 刀刀 库库5.5.1 加工中心刀库分类与形式加工中心刀库分类与形式 主要有盘式和链式两种。主要有盘式和链式两种。放置方式又有轴向、径向和斜向安装放置方式又有轴向、径向和斜向安装 图5.16盘式刀库 常见的有单链结构、多链结构、常见的有单链结构、多链结构、“S”形折叠回绕结构等形折叠回绕结构等 图5.17链式刀库 5.5.2 典型加工中心刀库结构与操作典型加工中心刀库结构与操作1V400型加工中心刀库结构及换刀过程型加工中心刀库结构及换刀过程图5.18V400换刀过程动作原理示意图 图5.19V400型加工中心刀库结构 2VP1050型型加加工工中中心心刀刀库库结结构构及及换刀过程换刀过程图5.20VP1050型加工中心刀库结构 图5.23VP1050型加工中心自动换刀过程示意图