金属切削原理与刀具自动化加工刀具ppt课件

1、第十二章 自动化加工刀具制造：卫彩绒. 进入20世纪80年代以来，国际消费工程的最大特点之一是计算机控制的自动化加工技术高速度开展。 工具消费者的业务范围由过去单纯的刀具消费扩展为工具系统、工具识别系统、刀具形状监测系统以及刀具管理系统的开发与消费以满足数控机床CNC、加工中心MC、柔性制造单元FMC和柔性制造系统FMS等加工的要求，促使整个自动化加工过程消费效率的提高。12.1 自动线刀具 .12.1.1 自动线刀具要求 1.要求：自动线消费率高、辅助时间少2.特点：1切削性能稳定可靠2可靠的断屑和卷屑 3应具有高的精度 4准确而迅速的调整 5快速或自动改换 6各种必要的刀具任务形状检测安装

2、 7复合程度高 8规范化、系列化和通用化 .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及较好的耐磨性和热硬性。 2.评价目的：1)尺寸耐用度目的T2)可靠性目的Tp 尺寸耐用度是指刀具在两次调整之间所能加工出的符合尺寸精度的合格零件数量或相应的加工时间. 规定可靠度P0.9即90%时刀具的切削时间 如T0.9=1小时，表示刀具耐用度为1小时其可靠性为90% .二、可靠的断屑和卷屑 意义：2.方法：不影响刀具的寿命，不妨碍自动线的任务循环，不妨碍切削液的浇注，不擦伤加工外表，不影响零件的保送和定位等。 采用断屑块和断屑槽；采用特殊外形的容屑槽断屑；有高压切削液强迫断屑；利用振动和

3、延续切削断屑等 。.三、应具有高的精度 1刀具及其装夹构造也必需具有很高的精度，能保证在机床上的安装精度通常在0.005mm以内和反复定位精度。 2刀具切削部分的几何尺寸变化要小，刀杆和刀片反复装卸也应能坚持精度稳定。 3装刀片的刀杆的加工精度也应提高。或者选用精化刀具，以保证高要求的刀尖位置精度。 四、准确而迅速的调整 为了保证工件尺寸在预定的公差范围内，必需对刀具及时进展调整。为了减少调整时间，这种调整该当是简便迅速的。 .五、快速或自动改换 意义：2.方法：减少因换刀而呵斥的停机时间 1机外调整刀具 2采用耐用度计数器 在预调室内把刀具的相对尺寸调整好，然后再装到机床上，使之能与机床快速

4、、准确地接合和脱开，并能顺应机械手或机器人的操作。 按规定耐用度定时改换刀具(即是在自动线的自动循环过程中换刀) 3.因此：联接刀具的刀柄、刀杆、接杆和装夹刀头的刀夹，已开展成工具系统。.六、各种必要的刀具任务形状检测安装 消费过程中往往会由于一些偶尔性要素，诸如刀具或刀片、以及工件资料上的一些缺陷呵斥刀具的忽然崩刃或折断，这时就必需及时报警。意义：2.原理： 随时将刀具形状磨损或破损的监测结果输入计算机，及时发出调整或改换刀具的指令，以保证任务循环的正常进展与加工质量 该安装的性能必需稳定可靠，防止不测事故，防止不用要的损失。 3.要求：.七、复合程度高 意义：2.方法： 减少刀具数量，降低

5、刀具管理难度。提高消费效率，保证加工精度。 如钻-扩、扩-铰、扩-镗等 八、规范化、系列化和通用化 有利于编排加工程序和刀具的管理 .12.1.2 自动化加工中刀具尺寸的补偿方法 一、刀具尺寸补偿的优点：1可以补偿由于刀具磨损而呵斥工件径向尺寸的变化，刀具资料可充分利用；2加快调整速度，大大减少循环外的时间损耗，提高机床负荷率；3提高伐整精度，从而可大大减少工件径向尺寸分布区；4对刀具或刀片的制造精度的要求可以降低，从而降低了制造本钱；5假设把丈量安装与补偿安装接合起来，并使其自动化，便可实现刀具的自动补偿功能。.二、刀具补偿方式的分类 ：1.位移和变位两种主要方式 见表12.12.按刀具位移

6、方式补偿又可分为四类：1利用刀具直线运动进展补偿，常见于镗刀和车刀的补偿；2利用刀具摆动，使刀具的刀尖产生径向微量位移补偿，可用于镗刀的补偿；3利用刀夹弹性变形，使刀具的刀尖产生径向微量位移来进展补偿。常用于镗刀的自动补偿；4利用刀头张开的方式进展微量补偿，多用于铰刀的补偿。 .表12.1 刀具补偿方式 刀具补偿方式图示应 用刀具移 动镗 刀车 刀摆 动镗 刀位移刀夹变形常用于镗刀自动补偿装置刀头张开拉 刀镗杆变位常用于镗刀自动补偿装置.三、尺寸自动补偿系统 在自动化加工中，对于精加工，多采用加工过程中的尺寸控制系统，即尺寸自动误差补偿系统来提高加工精度和刀具耐用度。 所谓尺寸误差系统，是对加

7、工过程中的工件已加工外表尺寸进展自动误差检测和处置，使之转化为控制信息，以控制补偿执行安装，使刀具按预定的数值产生径向微量位移，以补偿刀具磨损等缘由所呵斥工件尺寸的变化，从而提高加工精度。 尺寸补偿系统是由自动丈量安装、控制安装和补偿执行安装三部分组成 1.尺寸自动补偿系统.图12.1 车刀尺寸自动补偿系统图 .2.尺寸自动补偿系统的分类直接补偿和间接补偿 直接补偿：以工件的实测误差为根据进展误差补偿来提高加工精度 间接补偿：仅对机床执行部件的位置坐标误差进展补偿 大部分为间接补偿 .四、尺寸补偿执行安装 由于尺寸补偿系统都是用于精加工的，补偿量又是微量的，要到达补偿的效果，关键在于补偿安装的

8、任务性能。它的根本要求有： 1能保证补偿精度与补偿范围。2具有良好的频率呼应特性和良好的线性与稳定性。3具有足够的刚度。4安装应构造紧凑，组成的零件尽能够少，所占空间小，以利于安装的合理布置。5要防止由于切削液或切屑的干扰所呵斥的不得影响。6具有控制简单、本钱低廉的特点。 把刀具安装在补偿执行安装的可动件上，或者把补偿运动直接传送给工件而不经过中间环节 实现：.五、补偿执行安装构造 1.一种车床加工用补偿刀架 车刀2安装在刀架3上，4为压电晶体补偿元件。 这种刀架的补偿原理是利用某些压电晶体的电伸缩特性，在直流电压普通为0300V作用下，补偿元件4伸长，使刀架体3产生弹性变形带动车刀向左移一个

9、微位移，到达尺寸补偿目的。 补偿量要根据所用压电晶体的电压和位移关系而定。 .12.2 补偿刀架 .2.一种镗刀压电晶体补偿安装 镗刀7利用螺钉10固定在套筒8中，螺钉11用于调整镗刀位置。通交流电或脉冲直流电时，压电晶体管3在每个交流电的正半波或脉冲直流电的每一个脉冲时伸长，抑制弹性涨套5与压板6之间的碟形弹簧9的弹力，将固定镗刀的套筒顶出，使镗刀获得径向微量位移。在每个交流电的负半波或脉冲直流电的两脉冲之间时，压电晶体管3缩短。但由于圆柱弹簧1的作用，楔块2随时间向左挪动,顶紧缩短了的压电晶体管3，因此镗刀不会退回，完成补偿作用。假设继续通电，那么镗刀继续作径向微量位移，补偿量决议于继续通

10、电时间。当镗刀曾经磨损到必需换刀时，那么将一切调整元件重新复位待用。 安装在绝缘套4内的弹簧触片14压向压电晶体管并与之绝缘，另一端用导线使其与装在镗杆15外部的插头12衔接起来，此插头装入镗杆中的绝缘螺塞13内。导线与弹簧触片及其与压电晶体管之间的接触必需良好。这三者均置于绝缘套中，以保证它们与外部绝缘。 构造简单和本钱低，顺应于精加工。运用时要特别留意防止污染及切削液的影响。留意.图12.3 镗刀压电晶体补偿安装 .12.1.3 自动线刀具的改换 强迫改换 不同规格的刀具以不同的切削用量在任务，其耐用度相差悬殊，按其耐用度的大小进展分组，实现分批定期强迫改换。各组应设有计算刀具实践任务循环

11、的计数器，当到达规定循环数时，便发出信号，进展强迫换刀。 强迫检查 假设各把刀具的耐用度相差甚大，又难于按组进展强迫换刀时，最好对它们进展强迫检查，调整工在进展检查刀具的同时要改换已用钝了的这一组刀具，这样可以减少刀具破损的危险性。 .改换刀具的根本方式： 改换刀片改换刀具改换刀夹改换刀柄.1.改换刀片适用优点1被改换元件小，装卸轻便。假设是可转位刀具，当一个切削刃磨损后，只需将刀片转位，由新的一边切削刃进展切削，待几边切削刃都磨损后才改换刀片；2刀体不换，减少了刀体的周转量及制造量；3换刀精度由刀片精度保证，随着刀片精度的提高及精细级刀片产量和种类的添加，采用改换刀片的换刀方式就更显示出优越

12、性，由于这时无需作任何调整。 缺陷1为了保证刀片的互换性及换刀精度，对刀片的质量要求较高，各个外表均需磨削，以提高刀片精度和粗糙度等级，从而使制造本钱添加；2由于自动线上布置拥堵，机床上的任务空间很小,刀片的携拆装以及刀片支承面的清理不方便； 用于数控机床和自动线上个别工序和多刀加工机床上 只适用于机械夹固式刀具含可转位刀具.2.改换刀具优点1对刀片的精度及粗糙度要求不高，降低了刀片制造本钱；2可在机外进展换刀预调，能保证较高的换刀精度；3换刀简便迅速。 缺陷1对刀体的精度和粗糙度要求较高，刀体须经过磨制；2刀具上备有调整安装，刀具制造本钱高；3需有机外的预调安装。 .3.改换刀夹适用优点1对

13、刀片和刀体的精度要求都不高；2可在机外进展改换预调，换刀精度很高；3有利于自动换刀。缺陷1被改换的元件大而笨重，装卸不方便；2需专门设计刀夹，刀夹的制造精度要求较高；3与改换刀体方式比较，机外对刀安装更为复杂，调整也比较费事；4影响刀架系统刚性。用于数控机床上的自动换刀安装，也可用于自动线上。 .4.改换刀柄适用优点1便于采用规范工具；2同类机床上的刀柄可以通用，便于系列化、规范化 缺陷1刀具与刀柄的衔接往往需用莫氏锥套等中间环节，影响刀具的定位精度和刚性；2需专门的机外预调安装。 广泛用于数控机床及自动线上的铣刀、镗刀、丝锥以及钻头、扩孔钻、铰刀等孔加工刀具的改换。 .图12.4 改换刀具的

14、根本方式a)改换刀片 b)改换刀具 c)改换刀夹 d)改换刀柄.12.1.4 自动化加工中工具系统 工具系统包括加工时所用的一系列刀具及装夹刀具已规范化整体构造工具系统 我国用于镗铣类数控机床的工具系统 模块式工具系统 不同种类和规格的装刀部分都必需加工出一个能与机床相衔接的柄部，所以致使工具的规格、种类繁多。 把工具的柄部和任务部分分割开来，制成各种系列化的模块，然后运用不同规格的中间模块，组装成一套套不同规格的模块式工具 第12.2中详述 代表了工具系统开展的总趋势.图12.5 整体构造工具系统 与机床衔接采用锥柄方式。带有机械手夹持槽的锥柄代号为JT，柄锥为7:24， .12.2 数控机

15、床刀具 随着机械产品产品的外形和构造不断更新，迫使机床设备向通用性和灵敏性方向开展，或者说，使机床设备具有“柔性，以顺应消费对象频繁变化的需求。数控机床就是能满足这种要求的一种新型设备。 数控机床主要用于加工单件、中小批量、外形复杂的零件。对于加工批量较大的零件，也正陆续采用数控机床。从开展的趋势看，数控机床已逐渐取代公用机床用于自动线消费。 由于数控机床任务的特点，与自动线消费相比，刀具有一些特殊的地方，诸如刀具的存储，在机床上的安装和自动换刀，以及为到达以上目的而具有的一套刀具柄部规范系统等。.12.2.1 数控机床刀具的改换 近年来，出现了自动换刀的数控机床即多工序数控机床，或称“加工中

16、心“ 机床上的工件一次装夹后，数控系统能控制机床自动改换刀具，顺序地对工件各个加工外表完成铣、镗、扩孔、铰孔及攻丝等多种工序加工。 1.转塔头自动换刀安装2.刀库自动换刀安装3.刀库、机械手结合动作的自动换刀安装 目前采用最多的一种自动换刀安装 .图12.6 程度转轴自动换刀安装 其工序为：1粗车外圆，2钻孔，3精车外圆，4镗孔，5外圆切槽，6内孔切槽，7车螺纹，8精镗孔 每道工序所运用的是通用刀具。为实现刀具的预调和快速装夹，应具有公用刀夹和刀夹与主轴的衔接根底。.图12.7 刀库自动换刀安装 换刀顺序如下：机床任务台快速向右挪动，工件5从主轴3下面称开,同时，刀库1移到主轴下面，使刀库中的

17、某一个空刀座对准主轴；主轴箱下降，将用过的刀具2插入刀库的空刀座中；主轴箱上升，刀库同时回转，将下一个工步的刀具对准主轴；主轴箱下降，将下一工步所需刀具插入机床主轴内；主轴箱带着刀具上升；机床任务台快速向左前往，刀库移开，同时将工件移到主轴下面，整个换刀过程终了。.图12.8 机械手换刀安装 a)换刀过程 b)机械手夹持刀具 1主轴箱；2刀具；3机械手；4刀库 机械手3将已切削过的刀具2从主轴中取出，并送回，插入刀座4中，然后从刀库中取出所需的刀具装入主轴中。 .12.2.2 数控机床刀具的工具系统 数控机床工具系统除了指数控机床刀具本身之外，还包括实现刀具快换所必需的定位机构，夹紧机构，抓拿

18、机械以及刀具的维护机构等。 数控机床工具系统普通分为两大类：镗铣类数控机床用工具系统和车床类数控机床用工具系统。 镗铣类数控机床用工具系统有我国的TSG82工具系统，日本的TMT工具系统等。 数控车床用工具系统主要由两部分组成，即刀具和刀夹。这种刀具系统普通可将刀具从刀夹中卸下，为自动换刀提供了方便。刀具和刀夹联接部分的刚性及精度都很高。这种模块式刀具假设辅以刀具测头，进给力监测以及自动换刀安装，便可实现无人看管，自动加工。.(一)TMG-10模块式工具系统各模块的联接采用短圆锥定位，中心螺钉拉紧。 属于这类工具系统的还有德国的Komet公司的ABS工具系统，瑞典Sandvik公司的Varil

19、ock工具系统等。 如图12.10 一、工具系统举例.图12.10 模块构造的工具系统主柄联接杆任务头.二TSG工具系统 19世纪80年代初我国制定了整体式镗铣类数控机床工具系统的规范JB/GQ5010-1983,，规定了各式刀柄、刀杆、接长杆等工具代号、构造、尺寸系，还规定了与机床衔接采用锥柄方式。1. 用于加工中心机床，带有机械手夹持槽的锥柄代号为“JT，柄部锥度为7:24。 锥柄具有定心精度高，刚性好，装夹方便，机械手行程短以及和机床衔接部分构造简单等优点 .2.锥柄与刀具的衔接方式主要有 锥柄JT直柄接杆ZB刀具图12.11a；锥柄JT锥柄接杆KH刀具图12.11b；锥柄JT带扁尾的莫

20、氏锥孔刀具图12.11c；锥柄直接衔接镗孔刀具JT-T图12.11d。 .图12.11 柄杆与刀具的联接.3.工具的尺寸系列规范 JT40J3295 镗长杆刀柄，柄部锥度40#，其锥度为7:24，大端直径44.45mm，与接长杆相配合的尺寸为32mm，伸出主轴长度为95mm. ZB32XS1660 三面刃铣刀接长杆，与接长杆刀柄相配合的尺寸为32mm，与三面刃铣刀衔接部分的直径为16mm，长度60mm。JT40ZB32XS1660 工具系统的编号给出了两个主要信息：假设为刀柄，左端给出与机床主轴衔接的 规格和尺寸；右端给出与刀具或与接长杆衔接的主要尺寸。 结论.图12.12 接长杆与接长杆的配

21、合 1刀柄 2接长杆 .三TS工具系统柔性工具系统 图12.13 柔性工具系统 切削头与刀体的衔接是依托一对端齿定位块5与一个夹头4来实现的。该端齿块可保证很高的定位精度反复定位精度在0.002mm以内和可靠地传送扭矩。夹头经过中心拉杆的挪动可结实地夹持住装于刀体尾部的拉钉2，并将切削头拉紧在端齿面上。拉杆的挪动那么是经过螺杆手动或液压马达自动沿轴向挪动拉杆3来实现的。 .二、刀具尺寸预调一概述 在自动化加工中，为提高伐整精度并防止呵斥太多的停车时间损失，大多在线外将刀具尺寸调好，换刀时不需任何附加调整，即可保证加工出合格的工件尺寸。 普通尺寸预调包括：车刀径向、轴向和刀具高度位置的调整、镗刀

22、径向尺寸的调整以及铣刀与棒状刀具如钻头轴向尺寸的调整。. 图12.14所示为一种可预调长度尺寸的车刀，在专门的对刀器上对刀。对刀时，先把车刀中的定长杆3压入刀杆内并紧固，使车刀长度稍小于要求值。将车刀置于对刀器图12.15中并定好位，使车刀底面和一个侧面与相应对刀器上的两个基面严密贴合，并使刀尖接触对刀器。松开定长杆，使其在弹簧压力下，自然弹出顶在对刀器的挡壁上，到达要求预调的尺寸，最后拧紧紧固螺钉4。在对刀过程中，应压紧刀杆，使其接受三个分力组成的合力 的作用，以保证良好地定位。二不同构造的刀具尺寸预调安装1.可预调长度尺寸车刀.图12.14 可预调长度的车刀 .图12.15 简易对刀安装

23、.微调镗刀的刀尖半径R和长度L调整方法如下： 将镗刀杆插入调刀仪主轴 2孔内，启动锁紧开关将刀杆锁紧。用右边手轮沿程度方向左右挪动主轴位置。上、下、左、右挪动光屏，在光屏的十字线对准刀尖，微调主轴。有光屏上找到刀尖的最高点。应留意：此时刀尖的成像尖最为明晰。 读数时，使光屏的一条十字线对准游标O点，十字线中心瞄准刀尖的最高点。刀尖半径尺寸R用光学读数头读出，转动读数头上部的滚花手轮，使刻尺的某条刻线成像于光学读数头的双狭线正中，即可从读数头中读出尺寸R的数值。读数头的最小格值为0.005mm。刀尖的长度尺寸L可从装在立住3上的标尺和游标读出，游标最小格值为0.02mm。该仪器还可以用光屏座的刻度和游标预调刀尖角度，其最小格值为10分。该当指出：在自动化加工系统中，调刀仪和计算机相连，检测出调刀的尺寸，直接存入计算机，便于随时调用。 2.光学调刀仪3.微调镗刀它主要用于镗、铣刀的尺寸预调。图12.16图12.17.图12.16 DOG型光学测刀仪 1底座 2主轴 3立柱 4投影瞄准器 5光学读数头 6机座.图12.17 微调镗刀及尺寸预调(a) (b) .12.2.3 数控机床刀具的选用原那么 数控机床刀具可分为规范刀具和公用刀具两大类。应尽量减少运用公用刀具，而选用通用规范刀具或刀具规范组合体。 数控机床上常用的刀具