数控刀具及其工具系统课件

1a第十三章 数控刀具及其工具系统1a13.1 自自动线动线刀具刀具 2 2a a 进入20世纪80年代以来，国际生产工程的最大13.1.1 自自动线动线刀具要求刀具要求 1.要求：要求：自自动线动线生生产产率高、率高、辅辅助助时间时间少少2.特点：特点：1切削性能切削性能稳稳定可靠定可靠2可靠的断屑和卷屑可靠的断屑和卷屑 3应应具有高的精度具有高的精度 4精确而迅速的精确而迅速的调调整整 5快速或自快速或自动动更更换换 6各种必要的刀具工作状各种必要的刀具工作状态检测态检测装置装置 7复合程度高复合程度高 8标标准化、系列化和通用化准化、系列化和通用化 3 3a a13.1.1 自动线刀具要求 1.要求：自动线生产率高、一、切削性能一、切削性能稳稳定可靠定可靠要求：要求：具有高的硬度，足具有高的硬度，足够够的的强强度和度和韧韧性以及性以及较较好的耐磨性和好的耐磨性和热热硬性。硬性。2.评评价指价指标标：1)尺寸耐用度指标T2)可靠性指标Tp 尺寸耐用度尺寸耐用度是指刀具在两次是指刀具在两次调调整之整之间间所能加工出所能加工出的符合尺寸精度的合格零件数量或相的符合尺寸精度的合格零件数量或相应应的加工的加工时间时间.规规定可靠度定可靠度P P0.90.9（即（即90%90%）时时刀具的切削刀具的切削时间时间 如如T T0.90.9=1=1小小时时，表示刀具耐用度，表示刀具耐用度为为1 1小小时时其可靠其可靠性性为为90%90%4 4a a一、切削性能稳定可靠要求：具有高的硬度，足够的强度和韧性以二、可靠的断屑和卷屑二、可靠的断屑和卷屑 意意义义：2.方法：方法：不影响刀具的寿命，不影响刀具的寿命，不妨碍自不妨碍自动线动线的工作循的工作循环环，不妨碍切削液的不妨碍切削液的浇浇注，注，不擦不擦伤伤加工表面，加工表面，不影响零件的不影响零件的输输送和定位等。送和定位等。采用断屑采用断屑块块和断屑槽；和断屑槽；采用特殊形状的容屑槽断屑；采用特殊形状的容屑槽断屑；有高有高压压切削液切削液强强迫断屑；迫断屑；利用振利用振动动和和间间断切削断屑等断切削断屑等。5 5a a二、可靠的断屑和卷屑 意义：2.方法：不影响刀具的寿命，三、三、应应具有高的精度具有高的精度 1 1）刀具及其装）刀具及其装夹结夹结构也必构也必须须具有很高的精度，能保具有很高的精度，能保证证在机床在机床上的安装精度（通常在上的安装精度（通常在0.005mm以内）和重复定位精度。以内）和重复定位精度。2 2）刀具切削部分的几何尺寸）刀具切削部分的几何尺寸变变化要小，刀杆和刀片反复装卸化要小，刀杆和刀片反复装卸也也应应能保持精度能保持精度稳稳定。定。3 3）装刀片的刀杆的加工精度也）装刀片的刀杆的加工精度也应应提高。或者提高。或者选选用精化刀具，用精化刀具，以保以保证证高要求的刀尖位置精度。高要求的刀尖位置精度。四、精确而迅速的四、精确而迅速的四、精确而迅速的四、精确而迅速的调调调调整整整整 为为了保了保证证工件尺寸在工件尺寸在预预定的公差范定的公差范围围内，必内，必须对须对刀具及刀具及时进时进行行调调整。整。为为了减少了减少调调整整时间时间，这这种种调调整整应应当是当是简简便迅速便迅速的。的。6 6a a三、应具有高的精度 1）刀具及其装夹结构也必须具有很高五、快速或自五、快速或自动动更更换换 意意义义：2.方法：方法：减少因减少因换换刀而造成的停机刀而造成的停机时间时间（1 1）机外）机外调调整刀具整刀具（2 2）采用耐用度）采用耐用度计计数器数器 在在预调预调室内把刀具的相室内把刀具的相对对尺寸尺寸调调整好，整好，然后再装到机床上，使之能与机床快速、准然后再装到机床上，使之能与机床快速、准确地接合和脱开，并能适确地接合和脱开，并能适应应机械手或机器人机械手或机器人的操作。的操作。按按规规定耐用度定定耐用度定时时更更换换刀具刀具(即是在即是在自自动线动线的自的自动动循循环过环过程中程中换换刀刀)3.因此：因此：联联接接刀刀具具的的刀刀柄柄、刀刀杆杆、接接杆杆和和装装夹夹刀刀头头的的刀刀夹夹，已已发发展成工具系展成工具系统统。7 7a a五、快速或自动更换 意义：2.方法：减少因换刀而造成的停机六、各种必要的刀具工作状六、各种必要的刀具工作状态检测态检测装置装置 生生产过产过程中往往会由于一些偶然性因素，程中往往会由于一些偶然性因素，诸诸如刀具或刀片、以及工件材料上的一些缺陷造成如刀具或刀片、以及工件材料上的一些缺陷造成刀具的突然崩刃或折断，刀具的突然崩刃或折断，这时这时就必就必须须及及时报时报警。警。意意义义：2.原理：原理：随随时时将刀具状将刀具状态态（磨（磨损损或破或破损损）的）的监测结监测结果果输输入入计计算机，及算机，及时发时发出出调调整或更整或更换换刀具的指令，刀具的指令，以保以保证证工作循工作循环环的正常的正常进进行与加工行与加工质质量量 该该装置的性能必装置的性能必须稳须稳定可靠，防止意外事故，避定可靠，防止意外事故，避免不必要的免不必要的损损失。失。3.要求：要求：8 8a a六、各种必要的刀具工作状态检测装置 生产过程中往往会七、复合程度高七、复合程度高 意意义义：2.方法：方法：减少刀具数量，降低刀具管理减少刀具数量，降低刀具管理难难度度。提高生提高生产产效率，保效率，保证证加工精度。加工精度。如如钻钻-扩扩、扩扩-铰铰、扩扩-镗镗等等 八、八、标标准化、系列化和通用化准化、系列化和通用化 有利于有利于编编排加工程序和刀具的管理排加工程序和刀具的管理 9 9a a七、复合程度高 意义：2.方法：减少刀具数量，降低13.1.2 自自动动化加工中刀具尺寸的化加工中刀具尺寸的补偿补偿方法方法 一、一、刀具尺寸刀具尺寸补偿补偿的的优优点：点：1）能）能够补偿够补偿由于刀具磨由于刀具磨损损而造成工件径向尺寸的而造成工件径向尺寸的变变化，刀具化，刀具材料可充分利用；材料可充分利用；2）加快）加快调调整速度，大大减少循整速度，大大减少循环环外的外的时间损时间损耗，提高机床耗，提高机床负负荷率；荷率；3）提高）提高调调整精度，从而可大大整精度，从而可大大缩缩小工件径向尺寸分布区；小工件径向尺寸分布区；4）对对刀具或刀片的制造精度的要求可以降低，从而降低了制刀具或刀片的制造精度的要求可以降低，从而降低了制造成本；造成本；5）如果把）如果把测测量装置与量装置与补偿补偿装置接合起来，并使其自装置接合起来，并使其自动动化，便化，便可可实现实现刀具的自刀具的自动补偿动补偿功能。功能。1010a a13.1.2 自动化加工中刀具尺寸的补偿方法 一、刀具尺寸二、二、刀具刀具补偿补偿方式的分方式的分类类：1.1.位移和位移和变变位两种主要方式位两种主要方式（见见表表12.1）2.2.按刀具位移方式按刀具位移方式补偿补偿又可分又可分为为四四类类：1 1）利用刀具直）利用刀具直线线运运动进动进行行补偿补偿，常，常见见于于镗镗刀和刀和车车刀的刀的补补偿偿；2 2）利用刀具）利用刀具摆动摆动，使刀具的刀尖，使刀具的刀尖产产生径向微量位移生径向微量位移补偿补偿，可用于可用于镗镗刀的刀的补偿补偿；3 3）利用刀）利用刀夹弹夹弹性性变变形，使刀具的刀尖形，使刀具的刀尖产产生径向微量位移生径向微量位移来来进进行行补偿补偿。常用于。常用于镗镗刀的自刀的自动补偿动补偿；4 4）利用刀）利用刀头张头张开的方式开的方式进进行微量行微量补偿补偿，多用于，多用于铰铰刀的刀的补补偿偿。1111a a二、刀具补偿方式的分类：1.位移和变位两种主要方式（见表表12.1 刀具补偿方式 刀具刀具补偿补偿方方式式图图示示应应 用用刀刀具具移移 动动镗镗 刀刀车车 刀刀摆摆 动动镗镗 刀刀位位移移刀刀夹变夹变形形常用于常用于镗镗刀自刀自动补动补偿偿装置装置刀刀头张头张开开拉拉 刀刀镗镗杆杆变变位位常用于常用于镗镗刀自刀自动补动补偿偿装置装置1212a a表12.1 刀具补偿方式 刀具补偿方式图示应 用刀具三、尺寸自三、尺寸自动补偿动补偿系系统统 在自在自动动化加工中，化加工中，对对于精加工，多采用加工于精加工，多采用加工过过程中程中的尺寸控制系的尺寸控制系统统，即，即尺寸自尺寸自动误动误差差补偿补偿系系统统来提高加工来提高加工精度和刀具耐用度。精度和刀具耐用度。所所谓谓尺寸尺寸误误差系差系统统，是，是对对加工加工过过程中的工件已加工程中的工件已加工表面尺寸表面尺寸进进行自行自动误动误差差检测检测和和处处理，使之理，使之转转化化为为控制信控制信息，以控制息，以控制补偿执补偿执行装置，使刀具按行装置，使刀具按预预定的数定的数值产值产生径生径向微量位移，以向微量位移，以补偿补偿刀具磨刀具磨损损等原因所造成工件尺寸的等原因所造成工件尺寸的变变化，从而提高加工精度。化，从而提高加工精度。尺寸尺寸补偿补偿系系统统是由是由自自动测动测量装置量装置、控制装置控制装置和和补偿补偿执执行装置行装置三部分三部分组组成成 1.尺寸自尺寸自动补偿动补偿系系统统1313a a三、尺寸自动补偿系统 在自动化加工中，对于精加工，多采图图12.1 12.1 车车刀尺寸自刀尺寸自动补偿动补偿系系统图统图 1414a a图12.1 车刀尺寸自动补偿系统图 14a2.尺寸自尺寸自动补偿动补偿系系统统的分的分类类直接直接补偿补偿和和间间接接补偿补偿 直接直接补偿补偿：以工件的：以工件的实测误实测误差差为为依据依据进进行行误误差差补偿补偿来提高加工精度来提高加工精度 间间接接补偿补偿：仅对仅对机床机床执执行部件的位置坐行部件的位置坐标误标误差差进进行行补偿补偿 大部分大部分为间为间接接补偿补偿 1515a a2.尺寸自动补偿系统的分类直接补偿和间接补偿 直接补偿：以工四、尺寸四、尺寸补偿执补偿执行装置行装置 由于尺寸由于尺寸补偿补偿系系统统都是用于精加工的，都是用于精加工的，补偿补偿量又是量又是微量的，要达到微量的，要达到补偿补偿的效果，关的效果，关键键在于在于补偿补偿装置的工作装置的工作性能。它的基本要求有：性能。它的基本要求有：1 1）能保）能保证补偿证补偿精度与精度与补偿补偿范范围围。2 2）具有良好的）具有良好的频频率响率响应应特性和良好的特性和良好的线线性与性与稳稳定性。定性。3 3）具有足）具有足够够的的刚刚度。度。4 4）装置）装置应结应结构构紧紧凑，凑，组组成的零件尽可能少，所占空成的零件尽可能少，所占空间间小，以利于小，以利于装置的合理布置。装置的合理布置。5 5）要防止由于切削液或切屑的干）要防止由于切削液或切屑的干扰扰所造成的不得影响。所造成的不得影响。6 6）具有控制）具有控制简单简单、成本低廉的特点。、成本低廉的特点。把刀具安装在把刀具安装在补偿执补偿执行装置的可行装置的可动动件上，或者把件上，或者把补偿补偿运运动动直接直接传递给传递给工件而不工件而不经过经过中中间环节间环节 实现实现：1616a a四、尺寸补偿执行装置 由于尺寸补偿系统都是用于精加工五、五、补偿执补偿执行装置行装置结结构构 1.一种一种车车床加工用床加工用补偿补偿刀架刀架 车车刀刀2 2安装在刀架安装在刀架3 3上，上，4 4为压电为压电晶体晶体补偿补偿元件。元件。这这种刀架的种刀架的补偿补偿原理是利用某些原理是利用某些压电压电晶体的晶体的电电伸伸缩缩特性，在直流特性，在直流电压电压（一般（一般为为0 0300V300V）作用下，）作用下，补偿补偿元件元件4 4伸伸长长，使刀架体，使刀架体3 3产产生生弹弹性性变变形形带动车带动车刀刀向左移一个微位移，达到尺寸向左移一个微位移，达到尺寸补偿补偿目的。目的。补偿补偿量要根据所用量要根据所用压电压电晶体的晶体的电压电压和位移关系和位移关系而定。而定。1717a a五、补偿执行装置结构 1.一种车床加工用补偿刀架 车刀212.2 12.2 补偿补偿刀架刀架 1818a a12.2 补偿刀架 18a2.一种一种镗镗刀刀压电压电晶体晶体补偿补偿装置装置 镗镗刀刀7 7利用螺利用螺钉钉1010固定在套筒固定在套筒8 8中，螺中，螺钉钉1111用于用于调调整整镗镗刀位置。刀位置。通交流通交流电电或脉冲直流或脉冲直流电时电时，压电压电晶体管晶体管3 3在每个交流在每个交流电电的正半波的正半波（或脉冲直流（或脉冲直流电电的每一个脉冲）的每一个脉冲）时时伸伸长长，克服，克服弹弹性性涨涨套套5 5与与压压板板6 6之之间间的碟形的碟形弹弹簧簧9 9的的弹弹力，将固定力，将固定镗镗刀的套筒刀的套筒顶顶出，使出，使镗镗刀刀获获得径向得径向微量位移。在每个交流微量位移。在每个交流电电的的负负半波（或脉冲直流半波（或脉冲直流电电的两脉冲之的两脉冲之间间）时时，压电压电晶体管晶体管3 3缩缩短。但由于短。但由于圆圆柱柱弹弹簧簧1 1的作用，楔的作用，楔块块2 2随随时间时间向向左移左移动动,顶紧缩顶紧缩短了的短了的压电压电晶体管晶体管3 3，因而，因而镗镗刀不会退回，完成刀不会退回，完成补偿补偿作用。如果持作用。如果持续续通通电电，则镗则镗刀刀继续继续作径向微量位移，作径向微量位移，补偿补偿量决定于量决定于持持续续通通电时间电时间。当。当镗镗刀已刀已经经磨磨损损到必到必须换须换刀刀时时，则则将所有将所有调调整元件整元件重新复位待用。重新复位待用。安装在安装在绝缘绝缘套套4 4内的内的弹弹簧触片簧触片1414压压向向压电压电晶体管并与之晶体管并与之绝缘绝缘，另一端用另一端用导线导线使其与装在使其与装在镗镗杆杆1515外部的插外部的插头头1212连连接起来，此插接起来，此插头头装装入入镗镗杆中的杆中的绝缘绝缘螺塞螺塞1313内。内。导线导线与与弹弹簧触片及其与簧触片及其与压电压电晶体管之晶体管之间间的接触必的接触必须须良好。良好。这这三者均置于三者均置于绝缘绝缘套中，以保套中，以保证证它它们们与外部与外部绝缘绝缘。结结构构简单简单和成本低，适和成本低，适应应于精加工。于精加工。使用使用时时要特要特别别注意避免注意避免污污染及切削液的影响。染及切削液的影响。注意注意1919a a2.一种镗刀压电晶体补偿装置 镗刀7利用螺钉10固定图图12.3 12.3 镗镗刀刀压电压电晶体晶体补偿补偿装置装置 2020a a图12.3 镗刀压电晶体补偿装置 20a12.1.3 自自动线动线刀具的更刀具的更换换 强强强强制更制更制更制更换换换换 不同不同规规格的刀具以不同的切削用量在工作，其耐用度格的刀具以不同的切削用量在工作，其耐用度相差相差悬悬殊，按其耐用度的大小殊，按其耐用度的大小进进行分行分组组，实现实现分批定期分批定期强强制更制更换换。各。各组应设组应设有有计计算刀具算刀具实际实际工作循工作循环环的的计计数器，当数器，当达到达到规规定循定循环环数数时时，便，便发发出信号，出信号，进进行行强强制制换换刀。刀。强强强强制制制制检查检查检查检查 如果各把刀具的耐用度相差甚大，又如果各把刀具的耐用度相差甚大，又难难于按于按组进组进行行强强制制换换刀刀时时，最好，最好对对它它们进们进行行强强制制检查检查，调调整工在整工在进进行行检查检查刀具的同刀具的同时时要更要更换换已用已用钝钝了的了的这这一一组组刀具，刀具，这样这样可以减少可以减少刀具破刀具破损损的危的危险险性。性。2121a a12.1.3 自动线刀具的更换 强制更换 不同规格更更更更换换换换刀具的基本方式：刀具的基本方式：刀具的基本方式：刀具的基本方式：更更换换刀片刀片更更换换刀具刀具更更换换刀刀夹夹更更换换刀柄刀柄2222a a更换刀具的基本方式：更换刀片更换刀具更换刀夹更换刀柄22a1.更更换换刀片刀片适用适用适用适用优优优优点点点点1 1）被更）被更换换元件小，装卸元件小，装卸轻轻便。若是可便。若是可转转位刀具，当一个位刀具，当一个切削刃磨切削刃磨损损后，只需将刀片后，只需将刀片转转位，由新的一位，由新的一边边切削刃切削刃进进行行切削，待几切削，待几边边切削刃都磨切削刃都磨损损后才更后才更换换刀片；刀片；2 2）刀体不）刀体不换换，减少了刀体的周，减少了刀体的周转转量及制造量；量及制造量；3 3）换换刀精度由刀片精度保刀精度由刀片精度保证证，随着刀片精度的提高及精，随着刀片精度的提高及精密密级级刀片刀片产产量和品种的增加，采用更量和品种的增加，采用更换换刀片的刀片的换换刀方式就刀方式就更更显显示出示出优优越性，因越性，因为这时为这时无需作任何无需作任何调调整。整。缺点缺点缺点缺点1 1）为为了保了保证证刀片的互刀片的互换换性及性及换换刀精度，刀精度，对对刀片的刀片的质质量要求量要求较较高，各个表面均需磨削，以提高刀片精度和粗糙度等高，各个表面均需磨削，以提高刀片精度和粗糙度等级级，从而使制造成本增加；从而使制造成本增加；2 2）由于自）由于自动线动线上布置上布置拥挤拥挤，机床上的工作空，机床上的工作空间间很小很小,刀片刀片的携拆装以及刀片支承面的清理不方便；的携拆装以及刀片支承面的清理不方便；用于数控机床和自用于数控机床和自动线动线上个上个别别工序和多刀加工机床上工序和多刀加工机床上 只适用于机械只适用于机械夹夹固式刀具（含可固式刀具（含可转转位刀具）位刀具）2323a a1.更换刀片适用优点1）被更换元件小，装卸轻便。若是可转位刀2.更更换换刀具刀具优优优优点点点点1 1）对对刀片的精度及粗糙度要求不高，降低了刀片制造成刀片的精度及粗糙度要求不高，降低了刀片制造成本；本；2 2）可在机外）可在机外进进行行换换刀刀预调预调，能保，能保证较证较高的高的换换刀精度；刀精度；3 3）换换刀刀简简便迅速。便迅速。缺点缺点缺点缺点1 1）对对刀体的精度和粗糙度要求刀体的精度和粗糙度要求较较高，刀体高，刀体须经过须经过磨制；磨制；2 2）刀具上）刀具上备备有有调调整装置，刀具制造成本高；整装置，刀具制造成本高；3 3）需有机外的）需有机外的预调预调装置。装置。2424a a2.更换刀具优点1）对刀片的精度及粗糙度要求不高，降低了刀片3.更更换换刀刀夹夹适用适用适用适用优优优优点点点点1 1）对对刀片和刀体的精度要求都不高；刀片和刀体的精度要求都不高；2 2）可在机外）可在机外进进行更行更换预调换预调，换换刀精度很高；刀精度很高；3 3）有利于自）有利于自动换动换刀。刀。缺点缺点缺点缺点1 1）被更）被更换换的元件大而笨重，装卸不方便；的元件大而笨重，装卸不方便；2 2）需）需专门设计专门设计刀刀夹夹，刀，刀夹夹的制造精度要求的制造精度要求较较高；高；3 3）与更）与更换换刀体方式比刀体方式比较较，机外，机外对对刀装置更刀装置更为为复复杂杂，调调整也整也比比较较麻麻烦烦；4 4）影响刀架系）影响刀架系统刚统刚性。性。用于数控机床上的自用于数控机床上的自动换动换刀装置，也可用于自刀装置，也可用于自动线动线上。上。2525a a3.更换刀夹适用优点1）对刀片和刀体的精度要求都不高；缺点14.更更换换刀柄刀柄适用适用适用适用优优优优点点点点1 1）便于采用）便于采用标标准工具；准工具；2 2）同）同类类机床上的刀柄可以通用，便于系列化、机床上的刀柄可以通用，便于系列化、标标准化准化 缺点缺点缺点缺点1 1）刀具与刀柄的）刀具与刀柄的连连接往往需用莫氏接往往需用莫氏锥锥套等中套等中间环节间环节，影响，影响刀具的定位精度和刀具的定位精度和刚刚性；性；2 2）需）需专门专门的机外的机外预调预调装置。装置。广泛用于数控机床及自广泛用于数控机床及自动线动线上的上的铣铣刀、刀、镗镗刀、刀、丝锥丝锥以及以及钻钻头头、扩扩孔孔钻钻、铰铰刀等孔加工刀具的更刀等孔加工刀具的更换换。2626a a4.更换刀柄适用优点1）便于采用标准工具；缺点1）刀具与刀柄图12.4 更换刀具的基本方式a)更更换换刀片刀片 b)更更换换刀具刀具 c)更更换换刀刀夹夹 d)更更换换刀柄刀柄2727a a图12.4 更换刀具的基本方式a)更换刀片 b)更换刀12.1.4 自自动动化加工中工具系化加工中工具系统统 工具系工具系统统包括加工包括加工时时所用的一系列刀具及装所用的一系列刀具及装夹夹刀具（已刀具（已标标准化准化）整体整体结结构工具系构工具系统统 我国用于我国用于镗铣类镗铣类数控机床的工具系数控机床的工具系统统 模模块块式工具系式工具系统统 不同品种和不同品种和规规格的装刀部分都必格的装刀部分都必须须加工出一个能与机加工出一个能与机床相床相连连接的柄部，所以致使工具的接的柄部，所以致使工具的规规格、品种繁多。格、品种繁多。把工具的柄部和工作部分分割开来，制成各种系列化的模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块，然后使用不同，然后使用不同规规格的中格的中间间模模块块，组组装成一套套不同装成一套套不同规规格的格的模模块块式工具式工具 第第12.212.2中中详详述述 代表了工具系代表了工具系统发统发展的展的总趋势总趋势2828a a12.1.4 自动化加工中工具系统 工具系统包括加工时所图图12.5 整体整体结结构工具系构工具系统统 与机床与机床连连接采接采用用锥锥柄形式。柄形式。带带有机械手有机械手夹夹持槽持槽的的锥锥柄代号柄代号为为JTJT，柄，柄锥为锥为7:247:24，2929a a图12.5 整体结构工具系统 与机床连接采用锥柄形12.2 数控机床刀具数控机床刀具 3030a a12.2 数控机床刀具 随着机械产品产品的形12.2.1 数控机床刀具的更数控机床刀具的更换换 近年来，出近年来，出现现了自了自动换动换刀的数控机床（即多工序数刀的数控机床（即多工序数控机床，或称控机床，或称“加工中心加工中心加工中心加工中心“）机床上的工件一次装机床上的工件一次装夹夹后，数控系后，数控系统统能控制机床自能控制机床自动动更更换换刀具，刀具，顺顺序地序地对对工件各个加工表面完成工件各个加工表面完成铣铣、镗镗、扩扩孔、孔、铰铰孔及孔及攻攻丝丝等多种工序加工。等多种工序加工。1.转转塔塔头头自自动换动换刀装置刀装置2.刀刀库库自自动换动换刀装置刀装置3.刀刀库库、机械手、机械手联联合合动动作的自作的自动换动换刀装置刀装置 目前采用最多的目前采用最多的一种自一种自动换动换刀装置刀装置 3131a a12.2.1 数控机床刀具的更换 近年来，出现图图12.6 水平水平转轴转轴自自动换动换刀装置刀装置 其其工序工序为为：1粗粗车车外外圆圆，2钻钻孔，孔，3精精车车外外圆圆，4镗镗孔，孔，5外外圆圆切槽，切槽，6内孔切槽，内孔切槽，7车车螺螺纹纹，8精精镗镗孔孔 每道工序所使用每道工序所使用的是通用刀具。的是通用刀具。为实为实现现刀具的刀具的预调预调和快速和快速装装夹夹，应应具有具有专专用刀用刀夹夹和刀和刀夹夹与主与主轴轴的的连连接基接基础础。3232a a图12.6 水平转轴自动换刀装置 其工序为：图图12.7 刀刀库库自自动换动换刀装置刀装置 换换刀刀顺顺序序如下：如下：机床工作台快速向右移机床工作台快速向右移动动，工件，工件5从主从主轴轴3下面称开下面称开,同同时时，刀，刀库库1移到主移到主轴轴下面，使下面，使刀刀库库中的某一个空刀座中的某一个空刀座对对准主准主轴轴；主主轴轴箱下降，将用箱下降，将用过过的刀的刀具具2插入刀插入刀库库的空刀座中；的空刀座中；主主轴轴箱上升，刀箱上升，刀库库同同时时回回转转，将下一个工步的刀具，将下一个工步的刀具对对准准主主轴轴；主主轴轴箱下降，将下一工步箱下降，将下一工步所需刀具插入机床主所需刀具插入机床主轴轴内；内；主主轴轴箱箱带带着刀具上升；着刀具上升；机床工作台快速向左返回机床工作台快速向左返回，刀，刀库库移开，同移开，同时时将工件移到将工件移到主主轴轴下面，整个下面，整个换换刀刀过过程完程完毕毕。3333a a图12.7 刀库自动换刀装置 换刀顺序如下：33a图图12.8 机械手机械手换换刀装置刀装置 a)换换刀刀过过程程 b)机械手机械手夹夹持刀具持刀具 1主主轴轴箱；箱；2刀具；刀具；3机械手；机械手；4刀刀库库 机械手机械手3将已将已切削切削过过的刀具的刀具2从主从主轴轴中取出，中取出，并送回，插入刀并送回，插入刀座座4中，然后从中，然后从刀刀库库中取出所需中取出所需的刀具装入主的刀具装入主轴轴中。中。3434a a图12.8 机械手换刀装置 a)换刀过程 b)机械手夹12.2.2 数控机床刀具的工具系数控机床刀具的工具系统统3535a a12.2.2 数控机床刀具的工具系统 数控机(一一)TMG-10模模块块式工具系式工具系统统各模各模块块的的联联接采用短接采用短圆锥圆锥定位，中心螺定位，中心螺钉钉拉拉紧紧。属于属于这类这类工具系工具系统统的的还还有德国的有德国的Komet公司的公司的ABS工具系工具系统统，瑞典，瑞典Sandvik公司的公司的Varilock工具工具系系统统等。等。如如图图12.10 一、工具系一、工具系统举统举例例3636a a(一)TMG-10模块式工具系统各模块的联接采用短圆锥定位，图图12.10 模模块结块结构的工具系构的工具系统统主柄主柄联联接杆接杆工作工作头头3737a a图12.10 模块结构的工具系统主柄联接杆工作头37a（二）（二）TSG工具系工具系统统 19世世纪纪80年代初我国制定了整体式年代初我国制定了整体式镗铣类镗铣类数控机床数控机床工具系工具系统统的的标标准（准（JB/GQ5010-1983,TSG82工具系工具系统统形式及尺寸），形式及尺寸），规规定了各式刀柄、刀杆、接定了各式刀柄、刀杆、接长长杆等工杆等工具代号、具代号、结结构、尺寸系，构、尺寸系，还规还规定了与机床定了与机床连连接采用接采用锥锥柄柄形式。形式。1.用于加工中心机床，用于加工中心机床，带带有机械手有机械手夹夹持槽的持槽的锥锥柄代号柄代号为为“JT”，柄部，柄部锥锥度度为为7:24。锥锥柄具有定心精度高，柄具有定心精度高，刚刚性好，装性好，装夹夹方便，机械手方便，机械手行程短以及和机床行程短以及和机床连连接部分接部分结结构构简单简单等等优优点点 3838a a（二）TSG工具系统 19世纪80年代初我国制定2.锥锥柄与刀具的柄与刀具的连连接形式主要有接形式主要有 锥锥柄（柄（JT）直柄接杆（直柄接杆（ZB）刀具刀具（图图12.11a）；）；锥锥柄（柄（JT）锥锥柄接杆（柄接杆（KH）刀具刀具（图图12.11b）；）；锥锥柄（柄（JT）带带扁尾的莫氏扁尾的莫氏锥锥孔刀具孔刀具（图图12.11c）；）；锥锥柄直接柄直接连连接接镗镗孔刀具（孔刀具（JT-T）（图图12.11d）。）。3939a a2.锥柄与刀具的连接形式主要有 锥柄（JT）直柄接杆（Z图图12.11 柄杆与刀具的柄杆与刀具的联联接接4040a a图12.11 柄杆与刀具的联接40a3.工具的尺寸系列工具的尺寸系列标标准准 JT40J3295 镗长镗长杆刀柄，柄部杆刀柄，柄部锥锥度度40#，其，其锥锥度度为为7:24，大端直径，大端直径44.45mm，与接，与接长长杆相配合的尺寸杆相配合的尺寸为为32mm，伸出主，伸出主轴长轴长度度为为95mm.ZB32XS1660 三面刃三面刃铣铣刀接刀接长长杆，与接杆，与接长长杆刀柄相配合的尺寸杆刀柄相配合的尺寸为为32mm，与三面刃，与三面刃铣铣刀刀连连接部分的直径接部分的直径为为16mm，长长度度60mm。JT40ZB32XS1660 工具系工具系统统的的编编号号给给出了两个主要信息：若出了两个主要信息：若为为刀柄，左端刀柄，左端给给出与机床主出与机床主轴连轴连接的接的 规规格和尺寸；右端格和尺寸；右端给给出与刀具（或与接出与刀具（或与接长长杆）杆）连连接的主要尺寸。接的主要尺寸。结论结论结论结论4141a a3.工具的尺寸系列标准 JT40J3295 JT40图图12.12 接接长长杆与接杆与接长长杆的配合杆的配合 1刀柄刀柄 2接接长长杆杆 4242a a图12.12 接长杆与接长杆的配合 1刀柄 2目前我国的加工中心采用目前我国的加工中心采用TSG整体式整体式工具系工具系统统，其柄部有直柄（三种，其柄部有直柄（三种规规格）和格）和锥锥柄（四柄（四种种规规格）两种，共包括格）两种，共包括16种不同用途的刀柄。种不同用途的刀柄。车车削削类类工具系工具系统统（整体式）（整体式）4343a a目前我国的加工中心采用TSG整体式工具系统，其柄部有直柄（三铣镗类铣镗类工具系工具系统统（模（模块块式）式）模模模模块块块块式工具系式工具系式工具系式工具系统组统组统组统组成成成成4444a a铣镗类工具系统（模块式）模块式工具系统组成44aTMG21TMG21工具系工具系工具系工具系统统统统铣镗类铣镗类工具系工具系统统（模（模块块式）式）4545a aTMG21工具系统铣镗类工具系统（模块式）45a常常见见的刀具的刀具库库 可装可装可装可装2020把刀的无臂式把刀的无臂式把刀的无臂式把刀的无臂式ATCATC刀具刀具刀具刀具库库库库4646a a常见的刀具库 可装20把刀的无臂式ATC刀具库46a常常见见的刀具的刀具库库 可装可装可装可装2424把刀的有臂式把刀的有臂式把刀的有臂式把刀的有臂式ATCATC刀具刀具刀具刀具库库库库4747a a常见的刀具库 可装24把刀的有臂式ATC刀具库47a常常见见的刀具的刀具库库 可装可装可装可装3232把刀的有臂式刀具把刀的有臂式刀具把刀的有臂式刀具把刀的有臂式刀具库库库库4848a a常见的刀具库 可装32把刀的有臂式刀具库48a常常见见的刀具的刀具库库 可装可装可装可装6060把刀的刀具把刀的刀具把刀的刀具把刀的刀具库库库库4949a a常见的刀具库 可装60把刀的刀具库49a（三）（三）TS工具系工具系统统（柔性工具系（柔性工具系统统）图图12.13 柔性工具系柔性工具系统统 切削切削头头与刀体的与刀体的连连接接是依靠一是依靠一对对端端齿齿定位定位块块5与一个与一个夹头夹头4来来实现实现的。的。该该端端齿块齿块可保可保证证很高的定很高的定位精度（重复定位精度在位精度（重复定位精度在0.002mm以内）和可靠以内）和可靠地地传递传递扭矩。扭矩。夹头夹头通通过过中中心拉杆的移心拉杆的移动动可牢固地可牢固地夹夹持住装于刀体尾部的拉持住装于刀体尾部的拉钉钉2，并将切削，并将切削头头拉拉紧紧在端在端齿齿面上。拉杆的移面上。拉杆的移动则动则是是通通过过螺杆（手螺杆（手动动）或液）或液压压马马达（自达（自动动）沿）沿轴轴向移向移动动拉杆拉杆3来来实现实现的。的。5050a a（三）TS工具系统（柔性工具系统）图12.13 柔性工具二、刀具尺寸二、刀具尺寸预调预调（一）概述（一）概述5151a a二、刀具尺寸预调（一）概述 在自动化加工中，为提 图图12.14所示所示为为一种可一种可预调长预调长度尺寸的度尺寸的车车刀，在刀，在专门专门的的对对刀刀器上器上对对刀。刀。对对刀刀时时，先把，先把车车刀中的定刀中的定长长杆杆3压压入刀杆内并入刀杆内并紧紧固，固，使使车车刀刀长长度稍小于要求度稍小于要求值值。将。将车车刀置于刀置于对对刀器（刀器（图图12.15）中并）中并定好位，使定好位，使车车刀底面和一个刀底面和一个侧侧面与相面与相应对应对刀器上的两个基面刀器上的两个基面紧紧密密贴贴合，并使刀尖接触合，并使刀尖接触对对刀器。松开定刀器。松开定长长杆，使其在杆，使其在弹弹簧簧压压力力下，自然下，自然弹弹出出顶顶在在对对刀器的刀器的挡挡壁上，达到要求壁上，达到要求预调预调的尺寸，最的尺寸，最后后拧紧紧拧紧紧固螺固螺钉钉4。在。在对对刀刀过过程中，程中，应压紧应压紧刀杆，使其承受三个刀杆，使其承受三个分力分力组组成的合力成的合力 的作用，以保的作用，以保证证良好地定位。良好地定位。（二）不同（二）不同结结构的刀具尺寸构的刀具尺寸预调预调装置装置1.可可预调长预调长度尺寸度尺寸车车刀刀5252a a 图12.14所示为一种可预调长度尺寸的车刀，图图12.14 可可预调长预调长度的度的车车刀刀 5353a a图12.14 可预调长度的车刀 53a图图12.15 简简易易对对刀装置刀装置 5454a a图12.15 简易对刀装置 54a微微调镗调镗刀的刀尖半径刀的刀尖半径R和和长长度度L调调整方法整方法如下：如下：将将镗镗刀杆插入刀杆插入调调刀刀仪仪主主轴轴 2孔内，启孔内，启动锁紧动锁紧开关将刀杆开关将刀杆锁紧锁紧。用右。用右边边手手轮轮沿水平方向左右移沿水平方向左右移动动主主轴轴位置。上、下、左、右移位置。上、下、左、右移动动光屏，在光屏光屏，在光屏的十字的十字线对线对准刀尖，微准刀尖，微调调主主轴轴。有光屏上找到刀尖的最高点。有光屏上找到刀尖的最高点。应应注意注意：此此时时刀尖的成像尖最刀尖的成像尖最为为清晰。清晰。读读数数时时，使光屏的一条十字，使光屏的一条十字线对线对准游准游标标O点，十字点，十字线线中心瞄准刀尖的中心瞄准刀尖的最高点。刀尖半径尺寸最高点。刀尖半径尺寸R用光学用光学读读数数头读头读出，出，转动读转动读数数头头上部的上部的滚滚花手花手轮轮，使刻尺的某条刻使刻尺的某条刻线线成像于光学成像于光学读读数数头头的双狭的双狭线线正中，即可从正中，即可从读读数数头头中中读读出尺寸出尺寸R的数的数值值。读读数数头头的最小格的最小格值为值为0.005mm。刀尖的。刀尖的长长度尺寸度尺寸L可从可从装在立住装在立住3上的上的标标尺和游尺和游标读标读出，游出，游标标最小格最小格值为值为0.02mm。该仪该仪器器还还可可以用光屏座的刻度和游以用光屏座的刻度和游标预调标预调刀尖角度，其最小格刀尖角度，其最小格值为值为10分。分。应应当指出：当指出：在自在自动动化加工系化加工系统统中，中，调调刀刀仪仪和和计计算机相算机相连连，检测检测出出调调刀的尺寸，直接刀的尺寸，直接存入存入计计算机，便于随算机，便于随时调时调用。用。2.光学光学调调刀刀仪仪3.微微调镗调镗刀刀它主要用于它主要用于镗镗、铣铣刀的尺寸刀的尺寸预调预调。图图12.16图图12.175555a a微调镗刀的刀尖半径R和长度L调整方法如下：2.光学调刀仪3.图图12.16 DOG型光学型光学测测刀刀仪仪 1底座底座 2主主轴轴 3立柱立柱 4投影瞄准器投影瞄准器 5光学光学读读数数头头 6机座机座5656a a图12.16 DOG型光学测刀仪 1底座 2主轴 3图图12.17 微微调镗调镗刀及尺寸刀及尺寸预调预调(a)(b)5757a a图12.17 微调镗刀及尺寸预调(a)12.2.3 数控机床刀具的数控机床刀具的选选用原用原则则5858a a12.2.3 数控机床刀具的选用原则 数控机选择选择原原则则:1为为了提高刀具的耐用度和可靠性，了提高刀具的耐用度和可靠性，应应尽量尽量选选用各种高用各种高性能，高效率、性能，高效率、长长寿命的刀具材料制成的刀具，例如各种寿命的刀具材料制成的刀具，例如各种超硬材料（人造金超硬材料（人造金刚刚石，立方氮化硼，高性能复合陶瓷）石，立方氮化硼，高性能复合陶瓷）制成的刀具，即使制成的刀具，即使选选用通用的高速用通用的高速钢钢（W18Ct4V和和W6Mo5Cr4V2）与硬）与硬质质合金刀具合金刀具时时，也，也应应尽量尽量选选用有涂用有涂层层的型号。在使用前，刀片的型号。在使用前，刀片须经过严须经过严格格检验检验。2应选应选用机用机夹夹可可转转位刀具位刀具结结构。构。现现行的可行的可转转位位车车刀国家刀国家标标准准(GB534385)中中规规定的刀具品种，因其刀尖位置精度定的刀具品种，因其刀尖位置精度要求要求较较低，因此只适用于低，因此只适用于带带有快有快换换刀刀夹夹的数控机床。因的数控机床。因为为刀具上刀尖位置的制造刀具上刀尖位置的制造误误差，可通差，可通过过快快换换刀刀夹夹和刀具一起和刀具一起在机外在机外预调时预调时得到得到补偿补偿。如果要求刀具不。如果要求刀具不经过预调经过预调使用，使用，则应选则应选用精密用精密级级可可转转位位车车刀或精化刀具。刀或精化刀具。5959a a选择原则:1为了提高刀具的耐用度和可靠性，应尽量选用各种高3为为了集中工序，提高生了集中工序，提高生产产率，保率，保证证加工精度，加工精度，应应尽可能地尽可能地选选用复合刀具。其中，以孔加工复合刀具用复合刀具。其中，以孔加工复合刀具使用最使用最为为普遍。普遍。4精加工孔精加工孔时时，可采用，可采用镗镗孔或孔或铰铰孔工孔工艺艺，由于，由于镗镗刀刀结结构构简单简单，刃磨和，刃磨和调调整方便。因此只要在整方便。因此只要在镗镗杆杆刚刚度度足足够够的条件下，的条件下，应应尽量采用尽量采用镗镗刀。尤其是当孔径大刀。尤其是当孔径大于于80mm时时，更宜采用，更宜采用镗镗刀加工。刀加工。5应应尽量尽量选选用各种高效刀具，如高用各种高效刀具，如高刚刚性麻花性麻花钻钻，钻钻扩扩四刃四刃钻钻，硬，硬质质合金合金单单刃刃铰铰刀，精密微刀，精密微调镗调镗刀，波刀，波形刃立形刃立铣铣刀等。刀等。6060a a3为了集中工序，提高生产率，保证加工精度，应尽可能地选用复小小结结6161a a 本章主要内容是自动线刀具以及数控机床刀具。从自