第六章数控

1、第六章数控加工系统的工艺装备一、一、 数控机床对刀具的要求数控机床对刀具的要求第一节数控刀具系统第一节数控刀具系统(1) 适应高速切削要求，具有良好的切削性能。适应高速切削要求，具有良好的切削性能。(2) 高的可靠性。高的可靠性。(3) 较高的尺寸耐用度。较高的尺寸耐用度。(4) 高精度。高精度。(5) 可靠的断屑及排屑措施。可靠的断屑及排屑措施。(7) 自动且快速的换刀。自动且快速的换刀。(8) 具有刀具工作状态监测装置。具有刀具工作状态监测装置。(9) 刀具标准化、模块化、通用化及复合化。刀具标准化、模块化、通用化及复合化。二、二、 数控机床所用刀具材料的类型及选择数控机床所用刀具材料的类

2、型及选择1刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能(1) 较高的硬度和耐磨性。较高的硬度和耐磨性。(2) 足够的强度和韧性示。足够的强度和韧性示。(3) 较高的耐热性。较高的耐热性。(4) 较好的导热性。较好的导热性。(5) 良好的工艺性。良好的工艺性。 2高速钢高速钢 高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有较高的热稳定性、高的强度（抗弯强度一般较高的热稳定性、高的强度（抗弯强度一般为硬质合金为硬质合金23倍，为陶瓷的倍，为陶瓷的56倍）和韧倍）和韧性（较硬质合金和陶瓷高十几倍）、一定

3、的性（较硬质合金和陶瓷高十几倍）、一定的硬度（硬度（6369HRC）和耐磨性。）和耐磨性。 3硬质合金硬质合金 硬质合金是由难熔金属碳化物（如硬质合金是由难熔金属碳化物（如TiC、WC、TaC、NbC等）和金属粘结剂（如等）和金属粘结剂（如Co、Ni等）经粉末冶金方法制成的。硬质合金的等）经粉末冶金方法制成的。硬质合金的硬度（硬度（8993HRA）、耐磨性都很高，其切）、耐磨性都很高，其切削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可提高削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可提高几倍到几十倍。几倍到几十倍。 4涂层刀具涂层刀具 涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢刀具

4、基体上，涂覆一薄层耐磨性上或高速钢刀具基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。涂层刀具有高的难熔金属化合物而获得的。涂层刀具有比基体高得多的硬度、抗氧化性能、抗粘结比基体高得多的硬度、抗氧化性能、抗粘结性能以及低的摩擦系数，因而有高的耐磨性性能以及低的摩擦系数，因而有高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力，且可降低切削力及切和抗月牙洼磨损能力，且可降低切削力及切削温度。削温度。 5陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料 陶瓷刀具材料是在陶瓷基体中添加各种陶瓷刀具材料是在陶瓷基体中添加各种碳化物、氮化物、硼化物和氧、氮化物等并碳化物、氮化物、硼化物和氧、氮化物等并按照一定生产工艺制成的。它具有很高的硬按照一

5、定生产工艺制成的。它具有很高的硬度、耐磨性、耐热性和化学稳定性等独特的度、耐磨性、耐热性和化学稳定性等独特的优越性。优越性。三、数控车床刀具三、数控车床刀具 在数控车削加工在数控车削加工中，广泛采用不重磨中，广泛采用不重磨机夹可转位车刀。机机夹可转位车刀。机夹可转位车刀由刀杆、夹可转位车刀由刀杆、不重磨刀片、刀垫和不重磨刀片、刀垫和夹固元件组成，如图夹固元件组成，如图61所示。所示。 1刀柄刀柄 加工中心的刀柄是加工中心必备的辅具，在加工中心的刀柄是加工中心必备的辅具，在刀柄上可安装不同的刀具，存放在刀库中，供加刀柄上可安装不同的刀具，存放在刀库中，供加工时选用。图工时选用。图62为刀柄结构示

6、意图。为刀柄结构示意图。 2加工中心的工具系统加工中心的工具系统 (1) 整体式结构整体式结构整体式结构的铣镗类工整体式结构的铣镗类工具系统具系统(如我国的如我国的TSG82系统系统)，把刀柄和夹持，把刀柄和夹持刀具的工作部分做成一体，使用时选用不同的刀具的工作部分做成一体，使用时选用不同的品种和规格的刀柄，装上对应的刀具就可以使品种和规格的刀柄，装上对应的刀具就可以使用，其优点是使用方便、可靠。用，其优点是使用方便、可靠。 (2) 模块式结构模块式结构模块式结构是把工具的柄模块式结构是把工具的柄部和工作部分分开，制成各种系列化的模块，然部和工作部分分开，制成各种系列化的模块，然后通过不同的模

7、块组装成所需要的工具。后通过不同的模块组装成所需要的工具。五、五、 刀具的预调刀具的预调 1刀具轴向尺寸的预调刀具轴向尺寸的预调 有些刀具，如钻头、丝锥、立铣刀、端铣刀等，有些刀具，如钻头、丝锥、立铣刀、端铣刀等，通常与通常与JT(ST)-J刀柄及其相应的接长杆组装，来实刀柄及其相应的接长杆组装，来实现其轴向尺寸的预调功能。图现其轴向尺寸的预调功能。图65是麻花钻与是麻花钻与JTJ刀柄和刀柄和ZBM接长杆的组装图。接长杆的组装图。 2刀具径向尺刀具径向尺寸的预调寸的预调 孔加工的孔径因孔加工的孔径因零件不同而异，这就零件不同而异，这就要求数控加工用的辅要求数控加工用的辅具能适应这种要求。具能适

8、应这种要求。图图67是一种径向尺是一种径向尺寸可调整的镗刀块结寸可调整的镗刀块结构，刀片的径向位置构，刀片的径向位置利用螺钉进行调整。利用螺钉进行调整。 3刀具预调刀具预调仪仪 在数控机床上在数控机床上加工复杂形状的零加工复杂形状的零件，一般要使用预件，一般要使用预调仪调仪(对刀仪对刀仪)，测，测出刀具的实际尺寸出刀具的实际尺寸或与名义尺寸的偏或与名义尺寸的偏差。图差。图69所示为所示为一种光学数显刀具一种光学数显刀具预调仪。预调仪。 转塔式自动换刀装置又分回转刀架式和转塔转塔式自动换刀装置又分回转刀架式和转塔头式二种。回转刀架式用于各种数控车床和车削头式二种。回转刀架式用于各种数控车床和车削

9、中心机床。转塔头式多用于数控钻、镗、铣床。中心机床。转塔头式多用于数控钻、镗、铣床。第二节自动换刀系统第二节自动换刀系统一、一、 转塔式自动换刀装置转塔式自动换刀装置 1回转刀架换刀回转刀架换刀 回转刀架换刀是一种简单的自动换刀装置。回转刀架换刀是一种简单的自动换刀装置。在回转刀架各刀座安装或夹持各种不同用途的在回转刀架各刀座安装或夹持各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。 1) 一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具混一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具混合放置，如图合放置，如图610所示。所示。 2) 两个回转刀架，分别布置外圆和内孔类两个回转刀架，分别布

10、置外圆和内孔类刀具。如图刀具。如图611所示。所示。 3) 双排回转刀架，外圆类、内孔类刀具分双排回转刀架，外圆类、内孔类刀具分别布置在刀架的一侧面，如图别布置在刀架的一侧面，如图612所示。所示。 2转塔头式换刀转塔头式换刀 使用旋转刀具的数控机床采用转塔转位更使用旋转刀具的数控机床采用转塔转位更换主轴头，在转塔的各主轴头上根据加工的工换主轴头，在转塔的各主轴头上根据加工的工序预先安装所用刀具，转塔依次转位，就可实序预先安装所用刀具，转塔依次转位，就可实现自动换刀。图现自动换刀。图617为卧式八轴转塔头结构。为卧式八轴转塔头结构。 转转塔头的塔头的转位过转位过程如图程如图618所示。所示。二

11、、二、 刀库式自动换刀装置刀库式自动换刀装置 刀库式自动换刀装置是由刀库和刀具交刀库式自动换刀装置是由刀库和刀具交换机构组成。在具有刀库的加工中心上，其换机构组成。在具有刀库的加工中心上，其换刀方式又可按有、无机械手分为：有机械换刀方式又可按有、无机械手分为：有机械手换刀和无机械手换刀两类。手换刀和无机械手换刀两类。 (一一) 无机械手的换刀系统无机械手的换刀系统 图图619所示为一种卧式加工中心无机械手所示为一种卧式加工中心无机械手换刀系统的换刀过程。换刀系统的换刀过程。 （二）（二） 有机械手的换刀系统有机械手的换刀系统 它是由刀库、机械手它是由刀库、机械手(有的加工中心还有运刀有的加工中

12、心还有运刀装置装置)结合共同完成自动刀具交换的，也是在加工结合共同完成自动刀具交换的，也是在加工中心上用得最为普遍的，比无机械手的换刀系统中心上用得最为普遍的，比无机械手的换刀系统更灵活，其换刀时间可缩短到更灵活，其换刀时间可缩短到2s以下。以下。图图621为自动换刀工作原理图。为自动换刀工作原理图。 1刀库刀库 刀库是一个储存加工所需的各种刀具的刀库是一个储存加工所需的各种刀具的仓库，加工中心的换刀位置都是设计成固定仓库，加工中心的换刀位置都是设计成固定的，对应刀库上某一固定刀位，刀库要具备的，对应刀库上某一固定刀位，刀库要具备运送刀具，作分度运动达到换刀位置及准确运送刀具，作分度运动达到换

13、刀位置及准确定位的功能，才能使换刀可靠。定位的功能，才能使换刀可靠。 2刀库选刀方式刀库选刀方式 刀库选刀方式有顺序选择和任意选择二种。刀库选刀方式有顺序选择和任意选择二种。 (1) 顺序选刀方式刀库中的刀具位置严顺序选刀方式刀库中的刀具位置严格按所需加工零件的加工顺序排列。格按所需加工零件的加工顺序排列。 (2) 任意选刀方式工作原理是在刀库上任意选刀方式工作原理是在刀库上安装位置检测装置，只要将刀具号和刀库地址安装位置检测装置，只要将刀具号和刀库地址对应记忆在数控系统的存储器中，刀库分度、对应记忆在数控系统的存储器中，刀库分度、刀具交换的同时每次改变存储器的内容来控制刀具交换的同时每次改变

14、存储器的内容来控制换刀装置。换刀装置。 3换刀机械手换刀机械手 在加工中心的自动换刀系统中，是机械在加工中心的自动换刀系统中，是机械手具体执行刀具的自动更换，对其要求是迅手具体执行刀具的自动更换，对其要求是迅速可靠、准确协调。速可靠、准确协调。图图622为三种单臂机械手的示意图。为三种单臂机械手的示意图。图图623为三双臂种机械手示意图。为三双臂种机械手示意图。 4有机械有机械手的换刀系统手的换刀系统换刀过程示例换刀过程示例 图图624为为一卧式加工中心，一卧式加工中心，它的自动换刀装它的自动换刀装置由一个链式刀置由一个链式刀库和双手交叉式库和双手交叉式机械手构成。机械手构成。(1) 精度要求

15、精度要求(2) 定位要求定位要求(3) 空间要求空间要求(4) 快速重调要求快速重调要求第三节数控夹具系统第三节数控夹具系统一、一、 数控夹具的要求数控夹具的要求二、数控夹具的选用方法二、数控夹具的选用方法 1) 在数控车床、车削中心和磨床上加工在数控车床、车削中心和磨床上加工回转体工件，一般采用能适应一定直径范围回转体工件，一般采用能适应一定直径范围工作的通用快速自动夹紧卡盘。工作的通用快速自动夹紧卡盘。 2) 在加工中心上加工以底面作定位的箱在加工中心上加工以底面作定位的箱体零件时，则可选用当前较新颖的以槽系或体零件时，则可选用当前较新颖的以槽系或孔系为基座的组合夹具。孔系为基座的组合夹具

16、。 3) 在加工中心加工不规则形状工件时，在加工中心加工不规则形状工件时，或同时在托板上需加工多个相同或不相同的或同时在托板上需加工多个相同或不相同的工件时，则需设计与配备专用夹具。工件时，则需设计与配备专用夹具。三、各类数控夹具的典型结构三、各类数控夹具的典型结构 1用于盘类零件用于盘类零件的夹具的夹具 加工盘类零件常用加工盘类零件常用自动定心三爪自定心卡自动定心三爪自定心卡盘。图盘。图626所示为快所示为快速可调卡盘。速可调卡盘。 2用于轴类零件的夹具用于轴类零件的夹具 在数控车床上加工轴类零件时，毛坯装在在数控车床上加工轴类零件时，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖之间，工件用主轴上的拨主轴顶尖

17、和尾架顶尖之间，工件用主轴上的拨动卡盘传动旋转。图动卡盘传动旋转。图629为自动夹紧拨盘结为自动夹紧拨盘结构。图构。图630为复合卡盘。为复合卡盘。 3自定心中心架和自动转塔刀架自定心中心架和自动转塔刀架 图图631为数控自定心中心架，用以减少细长轴为数控自定心中心架，用以减少细长轴加工时的受力变形，并提高其加工精度。图加工时的受力变形，并提高其加工精度。图632为为数控自动转塔刀架。数控自动转塔刀架。 （二）（二） 钻、铣、镗类和加工中心用夹具钻、铣、镗类和加工中心用夹具 1对数控钻、铣、镗类夹具定位的共同要求对数控钻、铣、镗类夹具定位的共同要求 (1) 工件在夹具上的定位一般均采用完全定工

18、件在夹具上的定位一般均采用完全定位并与数控加工原点相联系。位并与数控加工原点相联系。 (2) 夹具在机床上的定位应力求采用无校正夹具在机床上的定位应力求采用无校正的定位方式。的定位方式。 2主要结构类型主要结构类型 (1) 通用类图通用类图634为可换支承钳口、气为可换支承钳口、气动类夹紧通用虎钳。动类夹紧通用虎钳。 (2) 组合夹具类图组合夹具类图638为槽系组合为槽系组合夹具组装过程示意图。夹具组装过程示意图。 孔系为新兴的结构，图孔系为新兴的结构，图639是我国生是我国生产的这种夹具组装元件的分解图。产的这种夹具组装元件的分解图。 图图641是孔系组合是孔系组合夹具的应用夹具的应用实例。实例。 (3) 专用夹专用夹具专用夹具的具专用夹具的结构固定仅适用结构固定仅适用于一个具体零件于一个具体零件的具体工序，在的具体工序，在数控机床上，只数控机床上，只是在所有可调整是在所有可调整夹具不能使用的夹具不能使用的