项目一数控铣床基础知识课件

01一、数控铣床基础知识任务一认识数控铣床

任务三认识数控铣削刀具分析数控铣削加工工艺选择铣削用量制定工艺文件任务一认识数控铣床任务引入数控铣床是用计算机数字信号对机床运动（如主轴变速、进刀与退刀、开机与停机、选择刀具、打开或关闭切削液等）及其加工过程进行控制，从而实现自动化加工的铣床。数控铣床以铣削加工为主，并辅有镗削加工，因此又称数控镗铣床。本任务要求通过认识XKA714型数控铣床，了解数控铣床的加工范围，掌握数控床身铣床的主要组成及主要技术参数等。知识链接一、数控铣床的常见类型1.按主轴的位置不同分类（1）立式数控铣床（图1-1）图1-1立式数控铣床图1-2卧式数控铣床立式数控铣床

立式数控铣床在数量上一直占据数控铣床的大多数，应用范围也最广。从机床数控系统控制的坐标数量来看，目前三坐标数控立铣仍占大多数；一般可进行三坐标联动加工，但也有部分机床只能进行三个坐标中的任意两个坐标联动加工(常称为二轴半坐标加工)。此外，还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的其中一个或两个轴作数控摆角运动的四坐标和五坐标数控立铣。（2）卧式数控铣床（图1-2）与通用卧式铣床相同，其主轴轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘的方法来实现4、5坐标加工。这样，不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。（3）立卧两用数控铣床（图1-3）图1-3立卧两用数控铣床

这类铣床的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，而同时具备上述两类机床的功能，其使用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，且给用户带来不少方便。特别是生产批量小，品种较多，又需要立、卧两种方式加工时，用户只需买一台这样的机床就行了。2.按构造不同分类（1)工作台升降式数控铣床工作台升降式数控铣床采用的是工作台移动、升降，而主轴不动的方式。小型数控铣床一般采用此种方式。（2）主轴头升降式数控铣床主轴头升降式数控铣床采用的是工作台纵向和横向移动，且主轴沿垂向溜板上下运动；主轴头升降式数控铣床在精度保持、承载重量、系统构成等方面具有很多优点，已成为数控铣床的主流。（3）龙门式数控铣床（图1-4）

龙门式数控铣床的主轴可以在龙门架的横向与垂向溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。大型数控铣床，因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术上的问题，往往采用龙门架移动式。图1-4龙门式数控铣床二、数控铣床的特点

数控铣床是在普通铣床的基础上发展起来的，两者的加工工艺基本相同，外形和机械结构也有些相似，但与普通铣床相比，数控铣床还具有以下几个优点：①加工精度高，具有稳定的加工质量；②可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；数控铣床的特点(续)③加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；④机床精度高、刚性强,可选择有利的加工用量，生产率高（为普通机床的3～5倍）；⑤机床自动化程度高，可以减轻劳动强度。三、数控铣床的加工范围

铣削加工是机械加工中最常用的方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等。数控铣削主要适合于下列几类零件的加工。1.平面类零件

平面类零件是指加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件，这类加工面可展开为平面。如图1-5所示的3个零件均为平面类零件（a）轮廓面A

（b）轮廓面B

（c）轮廓面C其中，曲线轮廓面（a）垂直于水平面，可采用圆柱立铣刀加工。凸台侧面（b）与水平面成一定角度，这类加工面可以采用专用的角度成型铣刀来加工。对于斜面（c），当工件尺寸不大时，可用斜板垫平后加工；当工件尺寸很大，斜面坡度又较小时，也常用行切加工法加工，这时会在加工面上留下进刀时的刀锋残留痕迹，要用钳修方法加以清除。2.钻/扩/铰/镗/锪加工及螺纹加工（图1-6）对于既有面又有孔加工的零件，可安排钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工。

图1-6既有面又有孔的零件3.直纹曲面类零件直纹曲面类零件是指由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。当采用四坐标或五坐标数控铣床加工直纹曲面类零件时，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线。这类零件也可在三坐标数控铣床上采用行切加工法实现近似加工。直纹曲面如图1-7所示零件的加工面图1-7直纹曲面直纹曲面如图1-7所示零件的加工面就是一种直纹曲面，当直纹曲面从截面(1)至截面(2)变化时，其与水平面间的夹角从3°10′均匀变化为2°32′，从截面(2)到截面(3)时，又均匀变化为1°20′，最后到截面(4)，斜角均匀变化为0°。直纹曲面类零件的加工面不能展开为平面。4.立体曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件。这类零件的加工面不能展成平面，一般使用球头铣刀切削，加工面与铣刀始终为点接触，若采用其他刀具加工，易于产生干涉而铣伤邻近表面。加工立体曲面类零件一般使用三坐标数控铣床，采用以下两种加工方法。

（1）行切加工法采用三坐标数控铣床进行二轴半坐标控制加工，即行切加工法。图1-8行切加工法行切加工法如图1-8所示，球头铣刀沿XY平面的曲线进行直线插补加工，当一段曲线加工完后，沿X方向进给ΔX再加工相邻的另一曲线，如此依次用平面曲线来逼近整个曲面。相邻两曲线间的距离ΔX应根据表面粗糙度的要求及球头铣刀的半径选取。球头铣刀的球半径应尽可能选得大一些，以增加刀具刚度，提高散热性，降低表面粗糙度值。加工凹圆弧时的铣刀球头半径必须小于被加工曲面的最小曲率半径。（2）三坐标联动加工图1-9三坐标联动加工三坐标数控铣床三轴联动加工采用三坐标数控铣床三轴联动加工，即进行空间直线插补。如半球形，可用行切加工法加工，也可用三坐标联动的方法加工。这时，数控铣床用X、Y、Z三坐标联动的空间直线插补，实现球面加工，如图1-9所示。任务实施认识XKA714型数控床身铣床本系列机床主要应用于模具制造领域，主轴拥有强有力而广泛的转速范围，能适应从粗加工到精加工的一切模具加工要求，具有高刚性，切削功率大的特点，还可以进行钻、铰、扩、镗等孔类加工。Step1掌握XKA714型数控床身铣床的组成立柱电气柜主轴箱主轴数控系统工作台冷却液箱床身XKA714型数控床身铣床的组成如图1-10所示为XKA714型数控床身铣床的外形图，该机床主要由以下几部分组成：（1）主轴箱主轴箱包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转。主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。（2）进给伺服系统进给伺服系统由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。XKA714型数控床身铣床的组成（3）控制系统控制系统是数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序，控制机床进行加工。（4）辅助装置辅助装置如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。（5）机床基础件机床基础件通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。Step2了解主要结构特点①X、Y坐标采用直线滚动导轨，摩擦系数小；Z坐标导轨采用铸铁贴塑滑动导轨，摩擦系数较小。保证机床运动灵活，刚性好。②精密滚珠丝杠与AC伺服电机直联传动。③主轴转速有两种供选配；切削功率大，可以进行镗削、铣削、钻削等加工。主要结构特点④采用半封闭罩及挡屑板防护，气动换刀。快速方便；根据用户要求采用全封闭防护罩。⑤可选配法那克、西门子、三菱、广数、华中等数控系统。⑥根据用户要求可加装刀库及仿形臂，使本产品衍化成加工中心及仿形铣。Step3掌握XKA714型数控铣床的技术参数XKA714型数控床身铣床的技术参数见表1-1。项目名称单位XKA714工作台最大承载重量kg1500工作台尺寸mm400×1100T型槽（槽数x槽宽x槽距）mm3x18x90坐标行程X轴（工作台左右）mm600Y轴（工作台前后）mm450Z轴（主轴箱上下）mm500XKA714型数控床身铣床的技术参数主轴转速低速档r/min100～800(100～1200可选)高速档r/min500～4000(500～6000可选)主轴锥孔ISO40(7：24)刀柄型号TJ40进给速度切削进给速度mm/minX、Y：6～3200，Z：3～1600快速移动速度mm/minX、Y：8000，Z：4000XKA714型数控床身铣床的技术参数精度定位精度mm0.015重复定位精度mm0.005电动机主轴电机功率kW5.5/7.5主轴扭矩N∙m180/230进给电机扭矩N∙m14其他机床外形尺寸（长宽高）mm2233x1830x2293机床重量（约）kg3500任务二安装工件任务引入在机械加工过程中，为了保证加工精度，在加工前，应确定工件在机床上的位置，并牢牢固定好，以接受加工和检测。将工件在机床上或夹具中“定位、夹紧”的过程，称为装夹，即工件的安装。定位和夹紧是两个不同的概念。定位和夹紧是两个不同的概念定位的目的是要保证工件加工位置的正确性和准确性；而夹紧则是要保证工件不因切削力及其他外力的作用而发生位移，维持工件在定位位置上稳固不通过本任务的学习要求：熟悉六点定位、完全定位、不完全定位、欠定位、重复定位、定位基准等基本概念，了解粗基准、精基准的选择原则，掌握工件在铣床上的常用安装方法等。知识链接一、工件安装的基本概念1.夹具在机械制造的各类工序(如机加工、焊接、装配、检验等工序)中，用以装夹工件的装置，统称为夹具。2.机床夹具在各类机床上所使用的夹具统称为机床夹具。工件安装的基本概念3.定位使工件在夹具中占有预期确定位置的动作过程，称为工件在夹具中的定位。4.夹紧能使工件在加工过程中始终保持其定位位置稳定不变的动作过程，称为对工件的夹紧。5.装夹工件在加工工位上的定位、夹紧过程，称为工件的装夹。二、工件的定位图1-13工件的六个自由度图1-14六点定位原理1.六点定位原理任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度，如图1-13所示。工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定定位的方法。如图1-14所示。2.工件定位中的几种情况（a）零件图（b）实物图图1-15铣床上铣键槽（1）完全定位工件的六个自由度全部被限制的定位，称为完全定位。当工件在X、Y、Z三个坐标方向上均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种方式进行定位。完全定位分析如当加工如图1-15所示的工件上的槽时，槽宽20±0.O5mm取决于铣刀的尺寸；为了保证槽底面与A面的平行度和尺寸。沿Z方向的平移自由度、绕X、Y旋转的自由度必须限制；为了保证槽的两个内侧面与B面的平行度，绕Z轴旋转的自由度必须被限制；由于所铣削的槽不是通槽，在长度方向上，槽的端部距离工件右端面的尺寸是10mm，所以必须限制X方向的平移自由度；要保证25±0.1mm这个尺寸，沿Y平移的自由度必须被限制。所以，应该对工件采用完全定位的方式，选A面、B面和右端面作为定位基准。（2）不完全定位在满足工件加工要求的前提下，只限制工件部分自由度的定位方法，称不完全定位。又称部分定位。图1-16车床上加工通孔图1-17平面磨床上磨平面不完全定位分析如图1-16所示，在车床上加工通孔，根据加工要求，不需要限制沿X方向平移和旋转自由度，所以采用三爪卡盘装夹工件限制其余四个自由度，就能够满足加工要求。如图1-17所示为平板类工件磨平面，工件只有厚度和平行度要求，故只需限制Z方向的移动和绕X、Y轴的旋转三个自由度就可以满足加工要求，所以，在磨床上常采用电磁工作台完成工件的三点定位。（3）欠定位根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有被限制的定位，称欠定位。欠定位无法保证加工要求，所以，在加工定位时是不允许的。六个自由度的定位要求当对工件的不贯通平键槽的加工与定位时，工件正常的加工对夹具提出消除六个不定度的定位要求，夹具应对工件的定位安装提供六个定位点，若夹具丢掉工件前端面上的止推定位基准依据一个定位支撑点，就无法保证键槽长度尺寸L的要求；若工件侧面的两个导向定位基准支撑点中少设置一个支撑点，就无法保证工件B面相对铣刀走刀路线的平行度要求，也就无法保证键槽的对称中心平面相对于B基准的位置度公差要求；若夹具对工件底面的三点支撑中少设置一个支撑点，就不能保证工件底平面相对夹具的水平安装，同样无法保证键槽的加工要求。（4）重复定位夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的定位现象，称重复定位，又称过定位。重复定位常见的两种情况如图1-18、1-19所示。图1-18孔和端面同时定位图1-19平面与两个短定位销共同定位如图1-18所示为孔和端面同时定位的情况。由于大端面限制了工件的三个自由度。分别是沿Y方向的平移自由度和绕X和Z的旋转自由度。长定位销限制了工件的自由度。分别是X和Z方向的平移自由度；绕X和Z方向旋转的自由度。可以看到绕Z方向旋转的自由度被重复限制，出现了过定位。如图1-19所示为平面与两个短定位销共同定位的情况，平面限制了工件的三个自由度。分别是Z方向的平移自由度和绕X、Y方向旋转的自由度。两个短圆柱销工限制了四个自由度。分别是绕者Y、Z旋转的自由度和沿着X、Y方向平移的自由度。则绕者Y旋转的自由度被重复限制，出现了重复定位。重复定位的结果重复定位可能导致以下后果：会造成定位质量不稳定，降低定位精度。可能引起夹紧变形和虚假接触。可能造成工件装夹困难。由于重复定位往往会带来不良后果，一般确定定位方案时，应尽量避免过定位。三、工件定位基准选择基准是机械制造中应用得十分广泛的一个概念，是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的哪些点、线或面。从设计和工艺两个方面看基准，可把基准分为两大类，即设计基准和工艺基准。工艺基准的介绍如下：1.工艺基准的定义和内容在零件加工工艺过程中，用以确定其他点、线、面位置的点、线、面称为工艺基准。工艺基准主要包括定位基准、测量基准和装配基准。（1）定位精准在机械加工中，使工件在机床上或夹具中占据正确位置所依据的基准，称为定位精准。如用直接找正法装夹工件，找正面是定位基准；用划线找正法装夹，所划线为定位基准；用夹具装夹，工件与定位元件相接触的面是定位基准。定位精准作为定位基准的点、线、面，可能是工件上的某些面，也可能是看不见摸不着的中心线、中心平面、球心等，往往需要通过工件某些定位表面来体现，这些表面称为定位基面。例如用三爪自定心卡盘夹持工件外圆，体现以轴线为定位基准，外圆面为定位。严格地说，定位基准与定位基面有时并不是一回事，但可以替代。定位基准是获得零件尺寸的直接基准，在工艺过程中占有很重要的地位。（2）测量基准用来测量被加工表面的位置和尺寸的基准。（4）装配基准在机器装配中，用来确定零件或部件在机器中正确位置的基准。2.定位基准的选择原则定位基准有粗基准和精基准之分。零件开始加工时，所有的面均未加工，只能以毛坯面作定位基准，这种以毛坯面为定位基准的，称为粗基准。以后的加工，必须以加工过的表面做定位基准，以加工过表面为定位基准的称精基准。定位基准的选择原则在加工中，首先使用的是粗基准，但在选样定位基准时，为了保证零件的加工精度，首先考虑的是选择精基准，精基准选定以后，再考虑合理地选择粗基准。（1）精基准的选择原则选择精基准时，一般应遵循下列原则：①基准重合原则。基准重合原则是指以设计基准作定位基准，以避免基准不重合误差。②基准统一原则。当零件上有许多表面需要进行多道工序加工时，尽可能在各工序的加工中选用同一组基准定位，称为基准统一原则。如阶梯轴的加工，大多采用顶尖孔作统一的定位基准。③自为基准原则。有些精加工工序，为了保证加工质量，要求加工余量小而均匀，采用加工面自身作定位基准，称为自为基准原则。例如在导轨磨床上磨削床身导轨时，为了保证加工余量小而均匀，采用百分表找正床身表面的方式装夹工件。④互为基准原则。为了使加工面获得均匀的加工余量和加工面间有较高的位置精度，可采用加工面间互为基准反复加工。例如加工精度和同轴度要求高的套筒类零件，精加工时，一般先以外圆定位磨内孔，再以内孔定位磨外圆。⑤装夹方便原则。所选定位基准应能使工件定位稳定，夹紧可靠，操作方便，夹具结构要简单。（2）粗基准的选择原则选择粗基准时，一般应遵下列原则：①为保证零件各加工面都能分配到足够的加工余量，应选加工余量最小的面为粗基准。②为了保证零件上加工面与不加工面的相对位置要求，应选不加工面为粗基准。当零件上有几个加工面，应选与加工面的相对位置要求高的不加工面为粗基准。③为了保证零件上重要表面加工余量均匀，应选重要表面为粗基准。零件上有些重要工作表面，精度很高，为了达到加工精度要求，在粗加工时就应使其加工余量尽量均匀。例如，车床床身导轨面加工时，应以床身导轨面为粗基准先加工床脚平面，再以床脚面为精基准加工导轨面。④为了使定位稳定、可靠，应选毛坯尺寸和位置比较可靠、平整光洁面作粗基准。⑤粗基准应尽量避免重复使用，特别是在同一尺寸方向上只允许装夹使用一次。因粗基准是毛面，表面粗糙、形状误差大，如果二次装夹使用同一粗基准，两次装夹中加工出的表面就会产生较大的相互位置误差。三、工件的夹紧夹紧的目的是保证工件定位后的正确位置不会因切削力、重力等外力作用而发生改变。夹紧装置的具体组成多种多样，要根据工件的加工要求、安装方法和生产规模等条件来确定。1.夹紧力的确定（1）确定夹紧力作用方向的原则①夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好，保证工件定位准确可靠；②加紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形；③加紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向一致，以减小加紧力。（2）确定夹具力作用点的原则①加紧力的作用点应正对支撑元件或位于支撑元件所形成的支撑面内。②夹具力的作用点应位于工件刚性较好的部位。③夹具力的作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对夹紧点的力矩，防止或减小工件的加工振动或弯曲变形。2.夹紧装置常用的夹紧装置有楔块、螺旋、偏心轮等，它们都是根据斜面夹紧原理来夹紧工件的。（1）夹紧装置的组成夹紧装置由动力装置、夹紧元件、中间传力机构组成。（2）夹紧装置的基本要求①夹紧既不应破坏工件的定位，或产生过大的夹紧变形，又要有足够的夹紧力，防止工件在加工中产生振动；②足够的夹紧行程，夹紧动作迅速，操纵方便、安全省力；③手动夹紧机构要有可靠的自锁性，机动夹紧装置要统筹考虑夹紧的自锁性和原动力的稳定性；④结构应尽量简单紧凑，制造、维修方便。任务实施工件在铣床上的常用安装方法（a）铣床用三爪卡盘（b）铣床用四爪卡盘图1-21用三爪卡盘、四爪单动卡盘安装工件工件在铣床上的常用安装方法图1-20

用平口钳安装工件Step1掌握用平口钳安装的方法小型和形状规则的工件多用此法安装，如图1-20所示。这种方法安装工件方便灵活，适应性广。注意：虎钳在数控铣床工作台上的安装要根据加工精度要求控制钳口与X或Y轴的平行度，零件夹紧时要注意控制工件变形和一端钳口上翘。Step2掌握用三爪卡盘、四爪单动卡盘安装的方法如图1-21所示，铣床用卡盘的使用方法与车床卡盘相似，使用时用T形槽螺栓将卡盘固定在机床工作台上即可。Step3掌握用压板安装的方法对于较大的或形状特殊的工件，可用压板、螺栓直接安装在铣床的工作台上。（图1-22）图1-22

用压板安装工件Step4掌握用分度头安装的方法铣削加工各种需要分度工作的工件，可用分度头安装，如图1-23所示。图1-23

用分度头安装工件Step5掌握用圆形转台安装的方法当铣削一些有弧形表面的工件，可通过圆形转台安装，如图1-24所示。图1-24

用圆形转台安装工件Step6掌握用夹具安装的方法利用各种简易和专用夹具安装工件，如图1-25所示，可提高生产效率和加工精度。图1-25

用夹具安装工件利用各种简易和专用夹具安装工件这是特别为某一项或类似的几项工件设计制造的夹具，一般用在产量较大或研制需要时采用。其结构固定，仅使用于一个具体零件的具体工序，这类夹具设计应力求简化，目的使制造时间尽量缩短。该图表示铣削某一零件上表面时无法采用常规夹具，故用V型槽和压板结合做成了一个专用夹具。Step7掌握用组合夹具安装的方法采用标准的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。组合夹具属于早期的拼装类夹具。是一种标准化的夹具。标准的模块元件具有较高的精度和耐磨性，根据不同零件，各元件可以像搭积木一样，组成各种夹具。夹具用毕可以拆卸，清洗后可以组装新的夹具，可以多次重复使用。适合小批量生产或研制产品时的中小型工件在数控铣床上进行铣削加工。分槽系组合夹具和孔系组合夹具两类。（1）槽系夹具如图1-26所示，组合夹具元件主要靠槽来定位和夹紧。特点是平移调整方便，它广泛的应用于普通机床上进行一般精度零件的机械加工，其主要元件如图示有：基础件、支承件、定位件、导向件、夹紧件、紧固件、其他件、组合件。槽系夹具图1-26槽系组合夹具（2）孔系夹具如图1-27所示，组合夹具元件主要靠孔来定位和夹紧。特点是旋转调整方便，精度和刚度都高于槽系夹具。组装可靠，体积小，元件的工艺性好，成本低，可用作数控机床夹具。孔系夹具的主要元件和结构与槽系夹具基本相同。孔系夹具图1-27孔系夹具任务三认识数控铣削刀具任务引入与普通铣削加工相比，数控加工对铣削刀具提出了更高的要求，不仅需要刀具的刚性好、精度高，而且要求刀具尺寸稳定、耐用度高，断屑及排屑性能好。铣削刀具选择合理与否，直接决定了加工质量和加工效率。刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的，应根据加工材料性能、铣削量、工件结构形状、加工方式、机床加工能力和承受负荷，以及其他相关因素来选择刀具。刀具选择总的原则刀具选择总的原则是安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，应该尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。通过本任务的学习要求：熟悉刀柄类型及特点、常用铣刀类型，了解整体式刀具系统TSG、模块式工具系统TMG结构与用途，掌握各类铣削刀具在卸刀座上的装卸操作。知识链接数控铣削刀具系统整体式刀具系统TSG模块式工具系统TMG刀柄

刀柄

一、数控铣削刀具系统数控铣削刀具系统是针对数控机床要求与之配套的刀具必须可快换和高效切削而发展起来的。这种工具系统一般由与机床主轴连接的锥柄、延伸部分的接杆和工作部分的刀具组成。它们经组合后可完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹等加工工艺。整体式和模块式数控铣削刀具系统从其结构上可分为整体式和模块式两种，如图1-28所示。（a）整体式（b）模块式图1-28数控铣削刀具系统1.整体式刀具系统TSG

整体式刀具系统TSG的特点是将锥柄和接杆连成一体，不同品种和规格的工作部分都必须带有与机床主轴相连的柄部。按连接杆的形式分为锥柄和直柄两种类型。该系统结构简单、使用方便、装夹灵活、更换迅速。由于工具的品种、规格繁多，给生产、使用和管理带来不便。传统的钻头、铣刀、铰刀就属于整体式刀具。如图1-29所示TSG整体式工具系统，选用时需要按图进行配置，其代号含义及尺寸见表1-2。TSG整体式工具系统TSG整体式工具系统表1-2TSG工具系统用途代号的含义代号代号意义代号代号意义代号代号意义J装接长刀杆用锥柄KJ用于装扩、铰刀TF浮动镗刀Q弹簧夹头BS倍速夹头TK可调镗刀头KH7︰24锥柄快换夹头H倒锪端面刀X用于装铣削刀具Z（J）用于装钻夹头（模式锥度注J）T镗孔刀具XS装三面刃铣刀表1-2TSG工具系统用途代号的含义MW装无扁尾模式锥柄刀具TZ直角镗刀XM装面铣刀M装有扁尾模式锥柄刀具TQW

倾斜型微调镗刀XDZ装直角端铣刀G攻螺纹夹头TQC倾斜型粗镗刀XD装端铣刀C切内槽刀具TZC直角型粗镗刀2.模块式工具系统TMG模块式结构是把工具的柄部和工作部分分开，制成系统化的主柄模块、中间模块和工作模块，每类模块中又分为若干小类和规格，然后用不同规格的模块组装成不同用途、不同规格的模块式刀具。模块式工具系统TMG的结构该系统有下列三种结构形式：圆柱连接系列TMG21如图1-30（a）所示，轴心用螺钉拉紧刀具；短圆锥定位系列TMG10如图1-30（b）所示，轴心用螺钉拉紧刀具；长圆锥定位系列TMG14如图1-30（c）所示，用螺钉锁紧刀具。模块式工具系统以配置最少的工具来满足不同零件的加工需要，因此该系统增加了工具系统的柔性，是工具系统发展的高级阶段。模块式工具系统TMG（a）（b）（c）图1-30模块式工具系统模块式工具系统TMG图1-31圆柱连接系列TMG21模块式工具系统TMG图1-32TMG模块式镗铣类工具系统模块式工具系统TMG图1-33TMG10工具系统（部分）3.刀柄数控铣床使用的刀具通过刀柄与主轴相连，刀柄通过拉钉和主轴内的拉刀装置固定在主轴上，由刀柄夹持传递速度、扭矩，如图1-34所示。刀柄的强度、刚性、耐磨性、制造精度以及夹紧力等对加工有直接的影响。图1-34刀柄作用示意图刀柄与主轴孔的配合刀柄与主轴孔的配合锥面一般采用7∶24的锥度，这种锥柄不自锁，换刀方便，与直柄相比有较高的定心精度和刚度。为了保证刀柄与主轴的配合与连接，刀柄与拉钉的结构和尺寸均已标准化和系列化，目前国内使用最多的是DIN69871型（即JT）和MASBT型两种刀柄。常用的刀柄规格30，40，50，其中40应用最广泛。如图1-35所示为BT40刀柄及拉钉的尺寸与结构。图1-35BT40刀柄及拉钉图1-35BT40刀柄及拉钉实际生产中刀柄可按的分类：图1-36整体式刀柄图1-37模块式刀柄（1）按刀柄的结构分①整体式刀柄如图1-36所示，这种刀柄直接夹住刀具，刚性好，但需针对不同的刀具分别配备，其规格、品种繁多，给管理和生产带来不便。②模块式刀柄如图1-37所示，模块式刀柄比整体式多出中间连接部分，装配不同刀具时更换连接部分即可，克服了整体式刀柄的缺点，但对连接精度、刚性、强度等都有很高的要求。（2）按刀具夹紧方式分①弹簧夹头刀柄如图1-38(a)所示，使用较多。采用ER型卡簧，适用于夹持16mm以下直径的铣刀进行铣削加工；若采用KM型卡簧，则称为强力夹头刀柄，可以提供较大夹紧力，适用于夹持16mm以上直径的铣刀进行强力铣削。②侧固式刀柄采用侧向夹紧，适用于切削力大的加工，但一种尺寸的刀具需对应配备一种刀柄，规格较多，如图1-38(b)所示。（2）按刀具夹紧方式分③液压夹紧式刀柄采用液压夹紧，可提供较大夹紧力，如图1-38(c)所示。④热胀式刀柄装刀时加热孔，靠冷却夹紧，使刀具和刀柄合二为一，在不经常换刀的场合使用，如图1-38(d)所示。图1-38不同夹紧方式的刀柄(a)弹簧夹头式(b)侧向夹紧式(c)液压夹紧式(d)热胀式（3）按所夹持的刀具分(a)圆柱铣刀刀柄(b)锥柄钻头刀柄(c)面铣刀刀柄(d)直柄钻头刀柄(e)镗刀刀柄(f)丝锥刀柄图1-39适用不同刀具的刀柄（3）按所夹持的刀具分说明①圆柱铣刀刀柄，用于夹持圆柱铣刀,如图1-39(a）所示。②锥柄钻头刀柄，用于夹持莫氏锥度刀杆的钻头、铰刀等，带有扁尾槽及装卸槽,如图1-39(b）所示。③面铣刀刀柄，用于与面铣刀盘配套使用,如图1-39(c）所示。④直柄钻头刀柄，用于装夹直径在13mm以下的中心钻、直柄麻花钻等,如图1-39(d）所示。⑤镗刀刀柄，用于各种尺寸孔的镗削加工，有单刃、双刃以及重切削等类型,如图1-39(e）所示。⑥丝锥刀柄，用于自动攻丝时装夹丝锥，具有切削力限制功能,如图1-39(f）所示。二、刀具材料及铣刀类型1.刀具材料刀具材料的种类很多，常用的有工具钢包括：碳素工具钢、合金工具钢和高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。（1）高速钢高速钢是在合金工具钢中加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。它具有较高的强度、韧性和耐热性，是目前应用最广泛的刀具材料。因刃磨时易获得锋利的刃口，又称“锋钢”。常用牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。（2）硬质合金硬质合金是由硬度和熔点都很高的碳化物，用Co、Mo、Ni作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其常温硬度可达78～82HRC，能耐850～1000℃的高温，切削速度可比高速钢高4～10倍。但其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢差，因此很少做成整体式刀具。实际使用中，常将硬质合金刀片焊接或用机械夹固的方式固定在刀体上。我国目前生产的硬质合金主要分为三类：①K类（YG）即钨钴类，由碳化钨和钴组成。这类硬质合金韧性较好，但硬度和耐磨性较差，适用于加工铸铁、青铜等脆性材料。常用的牌号有：YG8、YG6、YG3。②P类（YT）即钨钴钛类，由碳化钨、碳化钛和钴组成。这类硬质合金耐热性和耐磨性较好，但抗冲击韧性较差，适用于加工钢料等韧性材料。常用的牌号有：YT5、YT15、YT30等。③M类（YW）即钨钴钛钽铌类。由在钨钴钛类硬质合金中加入少量的稀有金属碳化物（TaC或NbC）组成。它具有前两类硬质合金的优点，用其制造的刀具既能加工脆性材料，又能加工韧性材料。同时还能加工高温合金、耐热合金及合金铸铁等难加工材料。常用牌号有YW1、YW2。（3）涂层刀具这种材料是在韧性、强度较好的硬质合金基体上或高速钢基体上，采用化学气相沉积（CVD）法或物理气相沉积（PVD）法涂覆一层极薄硬质和耐磨性极高的难熔金属化合物而得到的刀具材料。这种刀具既具有基体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等。（4）陶瓷其主要成分是Al2O3，故能承受较高的切削速度。但抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃。主要用于钢、铸铁、高硬度材料及高精度零件的精加工。（5）金刚石（PCD）金刚石分人造和天然两种，做切削刀具的材料，大多数是人造金刚石，其硬度极高，耐磨性是硬质合金的80~120倍。但韧性差，对铁族材料亲和力大。一般不宜加工黑色金属，主要用于硬质合金、玻璃纤维塑料、硬橡胶、石墨、陶瓷、有色金属等材料的高速精加工。（6）氮化硼（CBN）这是人工合成的超硬刀具材料，硬度仅次于金刚石。热稳定性好，与铁族材料亲和力小。但强度低，焊接性差。目前主要用于加工淬火钢、冷硬铸铁、高温合金和一些难加工材料。2.铣刀类型数控铣床上所采用的刀具要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等选用。数控铣削加工的刀具主要有平底立铣刀、面铣刀、球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀等。（1）面铣刀铣削大平面时，主要采用圆柱铣刀和面铣刀两种。如图1-40所示为圆柱铣刀加工平面，圆柱铣刀大多用在卧式铣床上。加工时，铣刀轴线平行于被加工面。铣刀上的内孔即是制造时也是使用时的定位孔。铣刀内孔上的键槽用于传递切削力矩，其尺寸已经标准化。面铣刀

图1-40圆柱铣刀加工图1-41面铣刀加工如图1-41所示为面铣刀加工平面。面铣刀大多用在立式铣床上。加工时，铣力轴线垂直于被加工面，铣刀杆是悬臂的。如图1-42所示为刀片镶嵌式盘形面铣刀。如图1-43所示为刀片镶嵌式盘形面铣刀。镶嵌式盘形面铣刀图1-42镶嵌式盘形面铣刀方肩面铣刀图1-43方肩面铣刀主偏角=90º时的面铣刀，称为方肩面铣刀。如图1-43所示为方肩面铣刀。方肩面铣刀的加工范围如图1-44所示。图1-44方肩面铣刀的加工范围（a）方肩铣（b）面铣（c）薄壁件面铣（d）槽铣（e）镗铣（2）立铣刀铣小平面或台阶面时一般采用各种通用立铣刀，如图1-45所示。图1-45铣小平面或台阶面用刀具立铣刀立铣刀圆柱面上的刀刃是主切削刃，端面上的刀刃是副切削刃，其刀齿分为直齿和螺旋齿两类：立铣刀常用于加工沟槽及台阶面，也常用于加工二维凸轮曲面。立铣刀分粗齿、细齿两种，大多用高速钢制造，也有用硬质合金制造的。小直径作成整体式，大直径作成镶齿或可转位式。（3）模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而成，适用于加工空间曲面零件，有时也用于平面类零件上有较大转接凹圆弧的过渡加工。高速钢模具铣刀图4-46高速钢模具铣刀高速钢模具铣刀说明模具铣刀可分为圆锥形立铣刀（圆锥半角＝3°、5°、7°、10°）、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。例如￠12R6表示直径是12mm的圆柱形球头立铣刀；￠15×7°R7.5表示直径是15mm、半角为7°的圆锥形球头立铣刀。高速钢模具铣刀加工曲面类零件用刀具图1-47加工曲面类零件用刀具（4）沟槽铣刀（a）（b）（c）（d）（e）图1-48加工沟槽的铣刀沟槽铣刀如图1-48（a）表示三面刃铣刀加工沟槽的情况。铣刀外形是一个圆盘，在圆周及两个端面上均有刀刃，从而改善了侧面的切削条件，提高了加工质量。三面刃铣刀有直齿、错齿和镶齿三种结构形式。同圆柱铣刀一样，定位面是内孔，孔中的键槽用于传递力矩。键槽铣刀的加工情况

如图1-48（b）所示为键槽铣刀的加工情况。键槽铣刀主要用于加工圆头封闭键槽，它在圆柱面上和端面上都只有两个刀齿。因刀齿数少，螺旋角小，端面齿强度高。工作时，键槽铣刀既可沿工件轴向，又可沿刀具轴向进给，要多次作这两个方向的进给才能完成键槽加工。凸圆弧铣刀的加工情况如图1-48（d）所示为凸圆弧铣刀的加工情况。T型槽铣刀的加工情况如图1-48（e）所示为T型槽铣刀的加工情况。（5）鼓形铣刀图1-49鼓形铣刀鼓形铣刀鼓形铣刀主要用于对变斜角类零件的变斜角面的近似加工。它的切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃，如图1-49所示。R越小，加工的斜角范围越大，这种刀具刃磨困难，切削条件差，不适于加工有底的轮廓表面。3.孔加工刀具常用的孔加工刀具主要有中心钻、麻花钻、扩孔钻、阶梯钻、铰刀、镗刀等。

（1）麻花钻麻花钻大多用在数控铣床、加工中心上钻孔，如图1-50所示。麻花钻按材料分有高速钢和硬质合金两种。根据柄部不同，麻花钻有莫氏锥柄和圆柱柄两种。图1-50麻花钻（a）圆柱柄图1-50麻花钻（b）锥柄图1-50麻花钻（a）钻削用量图1-50麻花钻（b）钻头各部分（2）中心钻在数控铣床、加工中心上钻孔，因无夹具钻模导向，受两切削刃上切削力不对称的影响，容易引起钻孔偏斜，故钻孔前一般先用中心钻打定位孔。（3）扩孔钻（a）锥柄式高速钢扩孔钻（b）套式高速钢扩孔钻图1-51扩孔钻扩孔钻扩孔刀具中的标准扩孔钻一般有3～4条主切削刃，如图1-51所示。切削部分的材料为高速钢或硬质合金，结构形式有直柄式、锥柄式和套式等。扩孔直径较小时，可选用直柄式扩孔钻，扩孔直径中等时，可选用锥柄式扩孔钻，扩孔直径较大时，可选用套式扩孔钻。扩孔钻的加工余量较小，容屑槽浅、刀体的强度和刚度较好。它无麻花钻的横刃，加之刀齿多，所以导向性好，切削平稳，加工质量和生产率都比麻花钻高。扩孔钻（c）套式硬质合金扩孔钻（4）镗刀镗孔所用刀具称镗刀。镗刀种类很多，按切削刃数量可分为单刃镗刀和双刃镗刀。单刃镗刀如图1-52所示。刚性差，切削时易引起振动，所以镗刀的主偏角选得较大，以减小径向力。镗孔径的大小要靠调整刀具的悬伸长度来保证，调整麻烦，效率低，只能用于单件小批生产。但单刃镗刀结构简单，适应性较广，粗、精加工都适用。图1-52单刃镗刀（a）通孔镗刀（b）阶梯孔镗刀（c）盲孔镗刀1-调节螺钉2-紧固螺钉图图1-52单刃镗刀精镗微调镗刀在孔的精镗中，多选用精镗微调镗刀，如图1-53所示。这种横刀的径向尺寸可以在一定范围内进行微调，调节方便，且精度高，其结构如图所示。镗削大直径的孔可选用双刃镗刀，如图1-54所示。微调镗刀1-刀体2-刀片3-调节螺母4-刀杆5-螺母6-拉紧螺钉7-导向键图1-53微调镗刀双刃镗刀图1-54大直径双刃镗刀（5）铰刀标准铰刀在数控铣床上经常使用,如图1-55所示。其加工精度一般为IT7～IT10、表面粗糙度Ra为0.8～1.6μm。通用标准铰刀有直柄、锥柄和套式3种。（a）直柄机用铰刀（b）锥柄机用铰刀（c）套式机用铰刀（d）切削校准部分角度图1-55机用铰刀锥柄铰刀直径为10～32mm，直柄铰刀直径为6～20mm，小孔直柄铰刀直径为l～6mm，套式铰刀直径为25～80mm。铰刀工作部分包括切削部分与校准部分。切削部分为锥形，担负主要切削工作。切削部分的主偏角为5°～15°，前角一般为0°，后角一般为5°～8°。校准部分的作用是校正孔径、修光孔壁和导向。为此，这部分带有很窄的刃带。校准部分包括圆柱部分和倒锥部分。圆柱部分保证铰刀直径和便于测量，倒锥部分可减少铰刀与孔壁的摩擦和减小孔径扩大量。标准铰刀有4～12齿。铰刀的齿数除与铰刀直径有关外，主要根据加工精度的要求选择。齿数过多，刀具的制造重磨都比较麻烦，而且会因齿间容屑槽减小，而造成切屑堵塞和划伤孔壁以致使铰刀折断的后果。齿数过少，则铰削时的稳定性差，刀齿的切削负荷增大，且容易产生几何形状误差。硬质合金单刃铰刀l、7—螺钉2—导向块3—刀片4—模套5—刀体6—铺子图1-56硬质合金单刃铰刀如图1-56所示为机夹硬质合金刀片单刃铰刀。加工IT5～IT7级、表面粗糙度Ra为0.7μm的孔时，可采用机夹硬质合金刀片的单刃铰刀。机夹单刀铰刀应有很高的刃磨质量。因为精密铰削时，半径上的铰削余量是在10μm以下，所以刀片的切削刃口要磨得异常锋利。三、铣刀角度的选择图1-58主偏角1、铣刀角度的选择铣刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等。为满足不同的加工需要，有多种角度组合型式。其中主偏角和前角是最主要的角度(制造厂的产品样本中对刀具的主偏角和前角一般都有明确说明)。（1)主偏角Kr主偏角为切削刃与切削平面的夹角，如图1-58所示。铣刀的主偏角有90°、88°、75°、70°、60°、45°等几种。③45°主偏角此类铣刀的径向切削力大幅度减小，约等于轴向切削力，切削载荷分布在较长的切削刃上，具有很好的抗振性，适用于镗铣床主轴悬伸较长的加工场合。用该类刀具加工平面时，刀片破损率低，耐用度高；在加工铸铁件时，工件边缘不易产生崩刃。主偏角分析①90°主偏角在铣削带凸肩的平面时选用，一般不用于纯平面加工。该类刀具通用性好(即可加工台阶面，又可加工平面)，在单件、小批量加工中选用。由于该类刀具的径向切削力等于切削力，进给抗力大，易振动，因而要求机床具有较大功率和足够的刚性。在加工带凸肩的平面时，也可选用88°主偏角的铣刀，较之90°主偏角铣刀，其切削性能有一定改善。主偏角分析②60°～75°主偏角适用于平面铣削的粗加工。由于径向切削力明显减小(特别是60°时)，其抗振性有较大改善，切削平稳、轻快，在平面加工中应优先选用。75°主偏角铣刀为通用型刀具，适用范围较广；60°主偏角铣刀主要用于镗铣床、加工中心上的粗铣和半精铣加工。主偏角分析主偏角对径向切削力和切削深度影响很大。径向切削力的大小直接影响切削功率和刀具的抗振性能。铣刀的主偏角越小，其径向切削力越小，抗振性也越好，但切削深度也随之减小。（2)前角γ铣刀的前角可分解为径向前角γf如图1-59（a）所示和轴向前角γp如图1-59（b)所示。径向前角γf主要影响切削功率；轴向前角γp则影响切屑的形成和轴向力的方向，当γp为正值时切屑即飞离加工面。前角（a）径向前角（b）轴向前角图1-59前角常用的前角组合形式如下：①双负前角的铣刀通常均采用方形(或长方形)无后角的刀片，刀具切削刃多(一般为8个)，且强度高、抗冲击性好，适用于铸钢、铸铁的粗加工。②双正前角双正前角铣刀采用带有后角的刀片，这种铣刀楔角小，具有锋利的切削刃。由于切屑收缩比小，所耗切削功率较小，切屑成螺旋状排出，不易形成积屑瘤。③正负前角(轴向正前角、径向负前角)铣刀综合了双正前角和双负前角铣刀的优点，轴向正前角有利于切屑的形成和排出；径向负前角可提高刀刃强度，改善抗冲击性能。四、铣刀齿数(齿距)的选择铣刀齿数多，可提高生产效率，但受容屑空间、刀齿强度、机床功率及刚性等的限制，不同直径的铣刀的齿数均有相应规定。为满足不同用户的需要，同一直径的铣刀一般有粗齿、中齿、密齿3种类型。

1.粗齿铣刀粗齿铣刀适用于普通机床的大余量粗加工和软材料或切削宽度较大的铣削加工；当机床功率较小时，为使切削稳定，也常选用粗齿铣刀。2.中齿铣刀

中齿铣刀系通用系列，使用范围广泛，具有较高的金属切除率和切削稳定性。3.密齿铣刀密齿铣刀主要用于铸铁、铝合金和有色金属的大进给速度切削加工。在专业化生产(如流水线加工)中，为充分利用设备功率和满足生产节奏要求，也常选用密齿铣刀(此时多为专用非标铣刀)。为防止工艺系统出现共振，使切削平稳，还有一种不等分齿距铣刀。如WALTER公司的NOVEX系列铣刀均采用了不等分齿距技术。在铸钢、铸铁件的大余量粗加工中建议优先选用不等分齿距的铣刀。五、铣刀直径的选择铣刀直径的选用视产品及生产批量的不同差异较大，刀具直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸。1.平面铣刀选择平面铣刀直径时主要需考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内，也可将机床主轴直径作为选取的依据。平面铣刀直径可按D=1.5d（d为主轴直径）选取。在批量生产时，也可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。2.立铣刀立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内。如系小直径立铣刀，则应主要考虑机床的最高转数能否达到刀具的最低切削速度(60m/min)。3.槽铣刀槽铣刀的直径和宽度应根据加工工件尺寸选择，并保证其切削功率在机床允许的功率范围之内。六、刀片牌号的选择选择刀片硬质合金牌号的主要依据是根据被加工材料的性能和硬质合金的性能。一般选用铣刀时，可按刀具制造厂提供加工的材料及加工条件，来配备相应牌号的硬质合金刀片。由于各厂生产的同类用途硬质合金的成份及性能各不相同，硬质合金牌号的表示方法也不同，为方便用户，国际标准化组织规定，切削加工用硬质合金按其排屑类型和被加工材料分为3大类：P类、M类和K类。1.P类合金（包括金属陶瓷）P类合金用于加工产生长切屑的金属材料，如钢、铸钢、可锻铸铁、不锈钢、耐热钢等。其中，组号越大，可选用的进给量和切削深度就越大，而切削速度则越小。2.M类合金M类合金用于加工产生长切屑和短切屑的黑色金属或有色金属，如钢、铸钢、奥氏体不锈钢、耐热钢、可锻铸铁、合金铸铁等。其中，组号越大，可选用的进给量和切削深度就越大，而切削速度则越小。3.K类合金K类合金用于加工产生短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，如铸铁、铝合金、铜合金、塑料、硬胶木等。其中，组号越大，则可选用的进给量和切削深度就越大，而切削速度则越小。根据被加工材料及适用的加工条件，每大类中又分为若干组，用两位阿拉伯数字表示，每类中数字越大，其耐磨性越低、韧性越高。任务实施刀具在卸刀座上的装卸操作中等尺寸规格的数控铣床或加工中心一般采用BT40刀柄，有整体式和组合式两种类型。刀柄通过拉钉和主轴中的拉紧装置拉紧到主轴的锥孔中。step1.练习安装弹簧夹头刀柄（图1-60、1-61）①将刀柄放入卸刀座并卡紧；②根据刀具直径尺寸选择相应的卡簧，清洁工作表面；③将卡簧压入锁紧螺母；④将卡簧装入刀柄中，并将圆柱柄铣刀装入卡簧孔中，根据加工深度控制铣刀伸出长度，必要时用游标卡尺测量；⑤用扳手顺时针锁紧螺母；⑥检查并将刀柄安装到主轴上。图1-60图1-61操作步骤图1-61操作步骤（续）step2.用莫氏锥度刀柄安装铣刀①根据铣刀直径尺寸和锥柄号选择相应的刀柄；②清洁工作表面，将刀柄放入卸刀座并卡紧；③卸下刀柄拉钉；④将铣刀锥柄装入刀柄锥孔中；⑤用内六角螺钉从刀柄中锁紧铣刀；⑥装上刀柄拉钉并锁紧；⑦检查并将刀柄装到主轴上。step3.用莫氏锥度刀柄安装锥柄钻头①将刀柄装入卸刀座；②清洁刀柄和刀具装夹表面，将麻花钻装入刀柄中并适当敲紧；③检查并将刀柄装到主轴上；④卸下刀具时，将楔铁插入到刀柄锥面的椭圆形卸刀槽中，敲击刀具柄部扁尾。注意用力不能过大。step4.练习使用面铣刀刀柄①将刀柄装入卸刀座；②旋下刀柄端部螺母③清洁刀柄和铣刀盘装夹表面；④将铣刀盘装上刀柄，使铣刀盘的缺口正对刀柄的端面键；⑤旋紧螺母并检查。5.练习使用钻夹头刀柄①将刀柄装入卸刀座；②旋开夹头，使钻头可装入；③清洁刀柄和钻头装夹表面；④将钻头放入夹头，旋紧夹头；⑤检查。step6.练习使用镗刀刀柄①选择相应尺寸范围和结构的镗刀刀柄；②将刀柄装入卸刀座；③松开刀头锁紧机构，用刀具预调仪调整到所需尺寸；④锁紧并检查。任务四分析数控铣削加工工艺任务引入数控铣削加工工艺性分析是编程前的重要工艺准备工作之一，工艺分析的合理与否，直接影响到零件的加工质量，生产效率、加工成本及编程的合理性。通过本任务的学习要求：熟悉加工方法选择及加工方案的确定、工序划分的原则、对刀点和换刀点的选择，了解零件图及其结构工艺性分析、加工余量的确定，掌握典型零件数控铣削工艺性的分析。知识链接零件图及其结构工艺性分析对刀点和换刀点的选择加工余量的确定工序划分的原则加工方法选择及加工方案的确定

零件图及其结构工艺性分析一、零件图及其结构工艺性分析在数控工艺分析时，首先要对零件图样进行工艺分析，分析零件各加工部位的结构工艺性是否符合数控加工的特点，其主要内容包括：1.零件图样尺寸标注应符合编程的需求在数控加工图上，宜采用以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸的方法。这种标注方法，既便于编程，也便于协调设计基准、工艺基准、检测基准与编程零点的设置和计算。2.零件轮廓结构的几何元素条件应充分在编程时要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。在分析零件图时，要分析各种几何元素的条件是否充分，若不充分，则无法对被加工的零件进行编程或造型。3.零件所要求的加工精度、尺寸公差应能得到保证虽然数控机床加工精度很高，但对一些特殊情况，如薄壁零件的加工，由于薄壁件的刚性较差，加工时产生的切削力及薄壁的弹性退让极易产生切削面的振动，使得薄壁厚度尺寸公差难以保证，其表面粗糙度也随之增大，根据实践经验，对于面积较大的薄壁，当其厚度小于3mm时，应在工艺上充分重视这一问题。4.零件内轮廓和外形轮廓的几何类型和尺寸是否统一在数控编程，若零件的内轮廓与外轮廓几何类型相同或相似，应考虑是否可以编在同一个程序，尽可能减少刀具规格和换刀次数，以减少辅助时间，提高加工效率。注意：刀具的直径常常受内轮廓圆弧半径R限制。5.零件的工艺结构设计能否采用较大直径的刀具进行加工采用较大直径铣刀来加工时，可以减少刀具的走刀次数，提高刀具的刚性系统，不但加工效率得到提高，而且工件表面和底面的加工质量也相应的得到提高。6.尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸轮廓内圆弧半径R常常限制刀具的直径。如图1-62（a）所示，若工件的被加工轮廓高度低，转接圆弧半径也大，可以采用较大直径的铣刀来加工，加工其底板面时，走刀次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，因此工艺性较好；反之，数控铣削工艺性较差。图1-62（a）（b）图1-62一般当R<0.2H（被加工轮廓面的最大高度）时，可判定零件该部位的工艺性不好。如图1-62（b）所示,由于铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D-2r，其中D为铣刀直径。当D一定时，圆角半径r越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也就越低，工艺性也越差。当r大到一定程度时甚至必须用球头铣刀加工，这是应当避免的。当D越大而r越小，铣刀端刃铣削平面的面积就越大，加工平面的能力越强，铣削工艺性当然也越好。有时，铣削的底面面积较大，底部圆弧r也较大时，可以用两把r不同的铣刀分两次进行切削。改善铣削工艺总之，一个零件上内壁转接圆弧半径尺寸的大小和一致性，影响着加工能力、加工质量和换刀次数等。因此，转接圆弧半径尺寸大小要力求合理，半径尺寸尽可能一致，至少要力求半径尺寸分组靠拢，以改善铣削工艺。7.保证基准统一原则若零件在铣削完一面后再重新安装铣削面的另一面，由于基准不统一，往往会因为零件重新安装而接不好刀，加工结束后正反两面上的轮廓位置及尺寸的不协调。因此，尽量利用零件本身具有的合适的孔或以零件轮廓的基准边或专门设置工艺孔（如在毛坯上增加工艺凸台或在后续工序要去量上设置基准孔）等作为定位基准，保证两次装夹加工后相对位置的准确性。8.考虑零件的变形情况当零件在数控铣削过程中有变形情况时，不但影响零件的加工质量，有时，还会出现蹦刀的现象。这时就应该考虑铣削的加工工艺问题，尽可能把粗、精加工分开或采用对称去余量的方法。当然也可以采用热处理的方法来解决。总之，加工工艺取决于产品零件的结构形状，尺寸和技术要求等。改进零件结构提高工艺性的实例见表1-4。表1-4改进零件结构提高工艺性(1)表1-4改进零件结构提高工艺性(2)表1-4改进零件结构提高工艺性(3)表1-4改进零件结构提高工艺性(4)二、加工方法选择及加工方案的确定根据零件的种类和加工内容选择合适的数控机床和加工方法，并制定合理的加工方案。平面轮廓零件的轮廓多由直线、圆弧和曲线组成，一般在两坐标联动的数控铣床上加工；具有三维曲面轮廓的零件，多采用三坐标或三坐标以上联动的数控铣床。表1-5的加工方案(1)1.平面加工经粗铣的平面，尺寸精度可达IT11～IT13级（指两平面之间的尺寸），表面粗糙度可达6.3μm～25μm。经粗、精铣的平面，尺寸精度可达IT8～IT10级，表面粗糙度Ｒａ值可达1.6μm～6.3μm。2.孔加工在数控机床上孔加工的方法一般有钻削、扩削、铰削和镗削等。孔加工方案的确定，应根据孔的加工要求，尺寸、具体的生产条件，批量的大小以及毛坯上有无预加孔合理选用。加工精度为IT9级，当孔径小于10mm时，可采用钻→铰加工方案；当孔径小于30mm时，可采用钻→扩加工方案；当孔径大于30mm时，可采用钻→镗加工方案。孔加工加工精度为IT8级，当孔径小于20mm时，可采用钻→铰加工方案；当孔径小于20mm时，可采用钻→扩→铰加工方案，同时也可以采用最终工序为精镗的方案。加工精度为IT7级，当孔径小于12mm时，可采用钻→粗铰→精铰加工方案；当孔径在12mm至60mm之间时，可采用钻→扩→粗铰→精铰加工方案。对于加工毛坯己铸出或锻出毛坯孔的孔加工，一般采用粗镗→半精镗→孔口倒角一精镗加工方案。孔加工孔精度要求较低且孔径较大时，可采用立铣刀粗铣→精铣加工方案。有空刀槽时可用锯片铣刀在半精镗之后、精镗之前铣削完成，也可用镗刀进行单刃镗削，但单刃镗削效率低。有同轴度要求的小孔，须采用锪平端面→打中心孔→钻→半精镗→孔口倒角→精镗（或铰）加工方案。为提高孔的位置精度，在钻孔工步前须安排锪平端面和打中心孔工步。孔口倒角安排在半精加工之后、精加工之前，以防孔内产生毛刺。3.螺纹加工螺纹的加工根据孔径大小而定。一般情况下，直径在M5mm～M20mm之间的螺纹，常用攻螺纹的方法加工。直径在M6mm以下的螺纹，在数控机床上完成底孔加工后，通过其他手段来完成攻螺纹。因在数控机床上攻螺纹不能随机控制加工状态，小直径丝锥容易拆断。直径在M25mm以上的螺纹，可采用镗刀片镗削加工或采用圆弧插补（G02或G03）指令来完成。加工方法的选择原则加工方法的选择原则：在保证加工表面精度和表面粗糙度要求的前提下，尽可能提高加工效率。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有很多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸和热处理要求全面考虑。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。三、工序划分的原则在数控机床上加工零件，工序应尽量集中，一次装夹应尽可能完成大部分工序。数控加工工序的划分有下列方法：1.按先面后孔的原则划分工序在加工有面和孔的零件时，为提高孔的加工精度，应先加工面，后加工孔这一原则。一方面可以用加工过的平面作为基准；另一方面可以提高孔的加工精度。2.按所用刀具划分工序在数控机床上，为了减少换刀次数，缩短辅助时间，经常按集中工序的原则加工零件，即用同一把刀加工完相应的零件的全部加工余量后，再用另一把刀加工其他部位的余量。3.按粗、精加工划分工序对于精度要求较高且易发生加工变形的零件，应将粗、精加工分开，这样可以使粗加工引起的各种变形得到恢复，同时充分发挥粗加工的效率。四、加工余量的确定加工余量指毛坯实体尺寸与零件（图纸）尺寸之差。加工余量的大小对零件的加工质量和制造的经济性有较大的影响。余量过大会浪费原材料及机械加工工时，增加机床、刀具及能源的消耗；余量过小则不能消除上道工序留下的各种误差、表面缺陷和本工序的装夹误差，容易造成废品。确定加工余量的方法主要有查表法和经验估算法两种方法。此外，在个别企业也有采用分析计算法的。1.查表法这种方法是根据各工厂的生产实践和实验研究积累的数据，先制成各种表格，再汇集成手册。确定加工余量时查阅这些手册，再结合工厂的实际情况进行适当修改后确定。目前我国各工厂普遍采用查表法。2.经验估算法这种方法是根据工艺编制人员的实际经验确定加工余量。一般情况下，为了防止因余量过小而产生废品，经验估算法的数值总是偏大。经验估算法常用于单件小批量生产。3.分析计算法这种方法是根据一定的试验资料数据和加工余量计算公式，分析影响加工余量的各项因素，并计算确定加工余量。这种方法比较合理，但必须有比较全面和可靠的试验资料数据。目前，只在材料十分贵重，以及少数大量生产的工厂采用。五、对刀点和换刀点的选择在加工时，工件可以在机床加工尺寸范围内任意安装，要正确执行加工程序，必须确定工件在机床坐标系的确切位置。对刀点是在数控机床上加工工件时，刀具相对工件运动的起点。由于程序也从该点开始执行，所以对刀点又称为起刀点或程序起点。对刀点选定后，即确定了机床坐标系与工件坐标系之间的相互位置关系。进行数控加工编程时，刀具在机床上的位置由刀位点的位置来表示。刀位点是刀具上代表刀具位置的参照点。不同的刀具，刀位点不同。车刀、镗刀的刀位点是指其刀尖；立铣刀、端铣刀的刀位点是指刀具底面与刀具轴线的交点；球头铣刀的刀位点是指球头铣刀的球心。对刀所谓对刀，是指加工开始前，将刀具移动到指定的对刀点上．使刀具的刀位点与对刀点重合。对刀点的选定原则：①便于数学处理和程序编制。②在机床上找正容易。③加工过程中检查方便、可靠。④引起的加工误差小。对刀点的设置对刀点的设置没有严格的规定，可以设置在工件上，也可以设置在夹具上，但在编程坐标系中必须有确定的位置，如图1-63所示的和。对刀点既可以与编程原点重合，也可以不重合，主要取决于加工精度和对刀的方便性。对刀点和换刀点图1-63

对刀点和换刀点对刀点的选择对刀精度要求不高时，可直接选用零件上或夹具上的某些表面作为对刀面。对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。成批生产时，为减少多次对刀带来的误差，常将对刀点作为程序的起点，同时也作为程序的终点。实际操作实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。换刀点是指刀架转位换刀时的位置。该点可以是某一固定点（如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意的一点（如车床）。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其他部件为准。任务实施图1-64槽形凸轮零件平面凸轮的数控铣削工艺分析如图1-64所示为槽形凸轮零件，在铣削加工前，该零件是一个经过加工的圆盘，圆盘直径为Ф280㎜，带有两个基准孔Ф35㎜及Ф12㎜。Ф35㎜及Ф12㎜两个定位孔，X面已在前面加工完毕，本工序是在铣床上加工槽。该零件的材料为HT200，试分析其数控铣削加工工艺。Step1分析零件图的工艺该零件凸轮轮廓由HA、BC、DE、FG和直线AB、HG以及过渡圆弧CD、EF所组成。组成轮廓的各几何元素关系清楚，条件充分，所需要基点坐标容易求得。凸轮内外轮廓面对X面有垂直度要求。材料为铸铁，切削工艺性较好。根据分析，采取以下工艺措施：

凸轮内外轮廓面对X面有垂直度要求，只要提高装夹精度，使X面与铣刀轴线垂直，即可保证。Step2选择设备加工平面凸轮的数控铣削，一般采用两轴以上联动的数控铣床，因此首先要考虑的是零件的外形尺寸和重量，使其在机床的允许范围以内。其次考虑数控机床的精度是否能满足凸轮的设计要求。第三，看凸轮的最大圆弧半径是否在数控系统允许的范围之内。根据以上三条即可确定所要使用的数控机床为两轴以上联动的数控铣床。Step3确定零件的定位基准和装夹方式定位基准采用“一面两孔”定位，即用圆盘X面和两个基准孔作为定位基准。根据工件特点，用一块320㎜×320㎜×40㎜的垫块，在垫块上分别精镗Ф35㎜及Ф12㎜两个定位孔（当然要配定位销），孔距离80±0.015㎜，垫板平面度为0.05㎜，该零件在加工前，先固定夹具的平面，使两定位销孔的中心连线与机床x轴平行，夹具平面要保证与工作台面平行，并用百分表检查，如图1-65所示。凸轮加工装夹示意图1—开口垫圈；2—带螺纹圆柱销；3—压紧螺母；4—带螺纹削边销；5—垫圈；6—工件；7—垫块图1-65凸轮加工装夹示意图Step4确定加工顺序及走刀路线整个零件的加工顺序的拟订按照基面先行、先粗后精的原则确定。因此应先加工用作定位基准的Ф35㎜及Ф12㎜两个定位孔、X面，然后再加工凸轮槽内外轮廓表面。

确定加工顺序及走刀路线由于该零件的Ф35㎜及Ф12㎜两个定位孔、X面已在前面工序加工完毕，在这里只分析加工槽的走刀路线，走刀路线包括平面内进给走刀和深度进给走刀两部分路线。平面内的进给走刀，对外轮廓是从切线方向切入；对内轮廓是从过渡圆弧切入。在数控铣床上加工时，对铣削平面槽形凸轮，深度进给有两种方法：一种是在xz（或yz）平面内来回铣削逐渐进刀到既定深度；另一种是先打一个工艺孔，然后从工艺孔进刀到既定深度。确定加工顺序及走刀路线进刀点选在P(150，0)点，刀具来回铣削，逐渐加深到铣削深度，当达到既定深度后，刀具在xy平面内运动，铣削凸轮轮廓。为了保证凸轮的轮廓表面有较高的表面质量，采用顺铣方式，即从P点开始，对外轮廓按顺时针方向铣削，对内轮廓按逆时针方向铣削。Step5刀具的选择根据零件结构特点，铣削凸轮槽内、外轮廓（即凸轮槽两侧面）时，铣刀直径受槽宽限制，同时考虑铸铁属于一般材料，加工性能较好，选用Ф18㎜硬质合金立铣刀，见表1-6。表1-6数控加工刀具卡片加工刀具卡片任务五选择铣削用量任务引入切削用量是表示进给运动和机床主运动大小的一项重要参数。数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。铣削加工的切削用量包括切削速度、背吃刀量或侧吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。1、切削用量三者之间的联系切削用量三者之间有着内在的联系。在刀具耐用度一定的情况下，实验证明，切削速度影响最大，其次是进给速度，影响最小的是切削深度或切削宽度。如果片面的追求加工效率，盲目地提高切削速度或切削速度，刀具磨损就会加剧，刀具耐用度大幅度下降。通常，从刀具的耐用度出发，切削用量的选择方法是：先选择背吃刀量或侧吃刀量，其次选择进给速度，最后确定切削速度。2、切削用量的选择原则切削用量的选择原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。通过本任务的学习要求：熟悉面、轮廓加工、孔加工等切削用量的选择，了解影响切削用量的因素。知识链接一、影响切削用量的因素机床刀具工件冷却液1.机床

切削用量的选择必须在机床主传动功率、进给传动功率以及主轴转速范围、进给速度范围之内。机床—刀具—工件系统的刚性是限制切削用量的重要因素。切削用量的选择应使机床—刀具—工件系统不发生较大的“振颤”。如果机床的热稳定性好，热变形小，可适当加大切削用量。2.刀具

刀具材料是影响切削用量的重要因素。表1-7是常用刀具材料的性能比较。数控机床所用的刀具多采用可转位刀片（机夹刀片）并具有一定的寿命。机夹刀片的材料和形状尺寸必须与程序中的切削速度和进给量相适应并存入刀具参数中去。标准刀片的参数请参阅有关手册及产品样本。表1-7常用刀具材料的性能比较3.工件

不同的工件材料要采用与之适应的刀具材料、刀片类型，要注意到可切削性。可切削性良好的标志是，在高速切削下有效地形成切屑，同时具有较小的刀具磨损和较好的表面加工质量。较高的切削速度、较小的背吃刀量和进给量，可以获得较