第2章 数控刀具及其选用

第2章数控刀具及其选用了解数控刀具的种类及特点、如何正确选择和使用数控加工刀具；学会根据被加工材料来合理选择数控刀具的材料和切削参数。2.1数控刀具的种类及特点按结构来分整体式镶嵌式内冷式减振式复合式焊接或机夹式2.1.1数控刀具的种类数控刀具-主要指数车、数铣及加工中心上使用的刀具。2.1.1数控刀具的种类按刀具材料分高速钢刀具硬质合金刀具聚晶金刚石刀具立方氮化硼刀具陶瓷刀具涂层刀具按加工工艺来分车刀镗刀铣刀钻削刀具外圆、内孔、螺纹、车槽、车成型面钻头、铰刀、丝锥整体式、模块式、镗头类面铣、立铣、成型铣刀2.1.1数控刀具的种类刀具刚性好，切削效率高要有高的精度和重复定位精度要有高的可靠性和耐用度能实现刀具尺寸的预调和快速换刀具有完善的工具系统具有刀具管理系统要有在线监控及尺寸补偿系统2.1.2数控刀具的特点为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能采用机夹刀和机夹刀片。夹紧刀片的方式要选择得比较合理，刀片最好选择涂层硬质合金刀片。目前，数控车床用得最普遍的是硬质合金刀具和高速钢刀具两种。数控车床能兼作粗精车削，因此粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。2.1.2数控刀具的特点2.1.3数控加工的工具系统由于在数控机床上要加工多种工件，并完成工件上多道工序的加工，因此需要使用的刀具品种、规格和数量较多。数控加工的工具系统：由数控刀具及实现刀具快换所必需的定位、夹紧、抓拿及刀具保护等机构组成，是刀具与机床的接口。作用：实现刀具快换及高效切削。数控加工典型工具系统的种类：车削类工具系统、TSG整体式镗铣类工具系统、TMG镗铣类模块式工具系统。2.1.3数控加工的工具系统工具系统的组成：刀柄、刀杆、刀头或通用刀具。数控机床常用刀柄类型（刀柄锥度为7：24）有：a.JT类—带有机械手夹持槽；b.ST类—无机械手夹持槽；c.BT类—日本标准（MAS403），带机械手夹持槽。车削类工具系统车削类工具系统与数控车床的回转刀架配套：a.立式方形刀架+方形刀体或圆柱刀杆；b.卧式多刀位刀架+模块化车削工具系统。卧式多刀位刀架TSG整体式镗铣类工具系统：把锥柄和刀杆制成一体；工具系统的柄部形式有直柄和锥柄两种。TSG整体式镗铣类工具系统TMG镗铣类模块式工具系统模块式工具系统组成TMG工具系统是把整体式刀具分解成柄部（主柄模块）、中间连接块（连接模块）、工作头部（工作模块）三个主要部分，然后通过各种连接结构，在保证刀杆连接精度、强度、刚性的前提下，将这三部分连接成整体。TMG21工具系统TMG镗铣类模块式工具系统刀具系统与加工中心的刀具库可装20把刀的无臂式ATC刀具库可装24把刀的有臂式ATC刀具库刀具系统与加工中心的刀具库数控刀具的选择：根据零件的材料种类、硬度、以及加工表面粗糙度要求和加工余量的已知条件来决定刀片的几何结构（如刀尖圆角）、进给量、切削速度和刀片牌号。2.1.4数控刀具的材料刀具的材料是指切削部分的材料。刀具材料的性能必需满足：硬度、强度和韧性、耐磨性、耐热性等条件。同时考虑经济性。数控刀具的材料高速钢YG类硬质合金（ISO-K类）YT类硬质合金（ISO-P类）高性能高速钢普通高速钢硬质合金YW类硬质合金（ISO-M类）金属陶瓷纯氧化铝类（白色陶瓷）TiC添加类（黑色陶瓷）聚晶立方碳化硼（PCBN）聚晶金刚石（PCD）常用数控刀具的材料2.2可转位刀片的应用及代码可转位刀具是将预先加工好并带有若干个切削刃的多边形刀片，用机械夹固的方法夹紧在刀体上的一种刀具。由刀片和刀体组成。当在使用过程中一个切削刃磨钝了后，只要将刀片的夹紧松开，转位或更换刀片，使新的切削刃进入工作位置，再经夹紧就可以继续使用。可转位刀具的两个特征：其一，刀体上安装的刀片，至少有两个预先加工好的切削刃供使用。其二，刀片转位后的切削刃在刀体上位置不变，并具有相同的几何参数。2.2.1可转位刀具的基本结构1、可转位刀具的组成可转位刀具一般由刀片、刀垫、夹紧元件和刀体组成。各部分的作用为：刀片：承担切削，形成被加工表面。刀垫：保护刀体，确定刀片(切削刃)位置。夹紧元件：夹紧刀片和刀垫。刀体：刀片及刀垫的载体，承担和传递切削力及切削扭距，完成刀片与机床的联接。2.2.1可转位刀具的基本结构2、可转位刀片型号表示规则可转位刀片型号通过上面10个字符来表示：123456789101表示刀片形状及夹角；2表示主切削刃后角；3表示刀片尺寸（d、s）公差；4表示刀片断屑及夹固形式；5表示切削刃长度；6表示刀片厚度；7表示修光刃的代码；8表示特殊需要的代码；9表示进刀方向、倒刃角度；10为厂商补充代号等。2.2.1可转位刀具的基本结构3、常用机夹可转位刀片的选用（1）车外圆的刀片：一般要选通用性较高的及在同一刀片上切削刃数较多刀片。粗车时选较大尺寸，精车、半精车时选较小尺寸。常用刀片形状：S形、T形、C形、R形、W形、D形、V形。（2）切断刀片：使用直接压制出断屑槽形的切断刀片。（3）切槽刀片：切深槽用切断刀片，切浅槽用成型刀片。（4）螺纹刀片：常用的是L形，又分内、外螺纹刀片。（5）切削刃长度的选择：根据背吃刀量进行选择。（6）刀尖圆弧的选择：粗车时尽可能采用较大刀尖圆弧半径，精车时一般用较小圆弧半径。2.2.1可转位刀具的基本结构3、常用机夹可转位刀片的选用（8）刀片后角的选择：0°后角一般用于粗、半精车；5°、7°、11°后角一般用于半精、精车、仿形及加工内孔。（7）刀片厚度的选择：通常是根据背吃刀量与进给量来选用。（9）刀片精度的选择：可转位刀片家规定16种精度，其中6种适合于车刀，代号为H、E、G、M、N、U，H最高，U最低，普通车床粗、半精加工用U级，对刀尖位置要求较高的或数控车床用M，更高级的用G。刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一。选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素，要使刀具的尺寸与被加工工件的尺寸和形状相适应。2.3数控加工刀具的选择刀具选择的基本原则：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，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。具体应用见P62-63数控车削、数控铣削刀具的选择。2.3.1数控加工刀具的选用原则刀具选择应考虑的主要因素有：如操作间断时间、振动、电力波动或突然中断等。数控刀具的选择被加工工件的材料、性能如金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。加工工艺类别车削、钻削、铣削、镗削或粗加工、半精加工、精加工和超精加工等。加工工件信息工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标。刀具能承受的切削用量辅助因数切削用量三要素，包括主轴转速、切削速度与切削深度。1）铣较大平面时，为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀，如图所示。数控刀具的选择2）曲面类零件加工曲面类零件时，为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切，而避免刀刃与工件轮廓发生干涉，一般采用球头铣刀。粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀,如图所示。数控刀具的选择数控刀具的选择3）铣小平面或台阶面铣小平面或台阶面一般采用通用铣刀，如图所示。数控刀具的选择4）键槽铣键槽时，为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀，如图所示。数控刀具的选择5）孔加工孔加工时，可采用钻头、镗刀等孔加工类刀具，如图所示。合理选择切削用量的原则是：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。切削用量具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。2.3.2加工过程中切削用量的确定合理选择切削用量，具体要考虑以下几个因素：①切削深度t。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。②切削宽度b。一般b与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中，一般b的取值范围为：b=（0.6～0.9）d。③切削速度v。v的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系。④主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为：n=1000v/dπ。⑤进给速度F。F应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。计算公式：车削--F=nf；铣削--F=nfz式中：f-进给量；z-铣刀齿数⑥背吃刀量：机床-刀具系统刚度高时可取大些，预留精加工余量值为0.1～0.5mm。2.3.2加工过程中切削用量的确定2.4典型零件数控加工刀具选择实例2.4.1数控车削刀具选择实例2.4.2数控铣削刀具选择实例