数控机床编程与操作数控刀具与选用资料.pptx

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1、 第2讲数控刀具与选用2.1 数控机床对刀具的要求数控机床对刀具的要求2.高的可靠性3.较高的刀具耐用度4.高精度5.可靠的断屑及排屑措施6.精确迅速的调整7.自动快速的换刀8.刀具标准化、模块化、通用化及复合化1.适应高速切削要求，具有良好的切削性能第1页/共36页 第2讲数控刀具与选用2.2 数控刀具的种类数控刀具的分类方式有以下几种：1.从结构上分类（1）整体式 由整块材料磨制而成，使用时根据不同用途将切削部分磨成所需形状。其优点是结构简单、使用方便、可靠、更换迅速等。（2）镶嵌式 分为焊接式和机夹式。机夹式又可根据刀体结构不同，分为不转位刀具和可转位刀具。第2页/共36页 第2讲数控刀

2、具与选用（3）减振式 当刀具的工作长度与直径比大于4时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，应该采用特殊结构的刀具。减振式刀具主要用在镗孔加工上。（4）内冷式 内冷式刀具的切削冷却液通过机床主轴或刀盘流到刀体内部，并从喷孔喷射到刀具切削刃部位。（5）特殊式包括强力夹紧、可逆攻螺纹、复合刀具等。现行数控机床的刀具主要采用不重磨机夹可转位刀具。第3页/共36页 第2讲数控刀具与选用2.从制造材料上分类 高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、聚晶金刚石刀具。目前数控机床的刀具主要使用硬质合目前数控机床的刀具主要使用硬质合金刀具。金刀具。3.从切削工艺上分类（1）车削刀具 有外圆车刀、端面

3、车刀、内孔车刀、和成形车刀等。（2）钻削刀具 有普通麻花钻、可转位浅孔钻和扩孔钻等。（3）镗削刀具 有单刃镗刀、多刃镗刀和多刃组合镗刀等。（4）铣削刀具 有面铣刀、立铣刀、键槽铣刀、模具铣刀和成形铣刀等。第4页/共36页 第2讲数控刀具与选用车车削削刀刀具具第5页/共36页麻花钻麻花钻扩孔钻扩孔钻 第2讲数控刀具与选用 钻钻削削刀刀具具镗镗刀刀第6页/共36页 第2讲数控刀具与选用各种铣削刀具各种铣削刀具第7页/共36页 第2讲数控刀具与选用2.3 数控刀具的特点和性能要求1.数控刀具的特点 为了能够实现数控机床上刀具高效、多能、快换和经济的目的，数控机床上所使用的刀具必须具备以下特点：数控刀

4、具必须有很高的切削效率 数控刀具必须有高的精度和重复定位精度 要求刀具很高的可靠性和耐用度 可实现刀具尺寸的预调和快速换刀第8页/共36页 第2讲数控刀具与选用 具有一个比较完善的工具系统 要建立刀具管理系统 有刀具在线监控及尺寸补偿系统2.数控刀具的性能要求 为适应数控机床加工精度高、加工效率高、加工工序集中以及零件装夹次数少的要求，数控机床对所用的刀具还有许多性能上的要求：刀片、刀具几何参数和切削参数的规范化 刀片或刀具材料以及切削参数与被加工工件的材料之间匹配的选用原则第9页/共36页 第2讲数控刀具与选用 刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理化 刀片或刀柄定位基准的优化 刀片与刀柄对

5、机床主轴相对位置的要求 对刀柄的强度、刚性及耐磨性的要求 对刀柄的转位、装拆和重复精度的要求 刀片与刀柄切入位置和方向的要求 刀片与刀柄刚度的通用化、规则化、系列化第10页/共36页 第2讲数控刀具与选用2.4 数控刀具材料的类型与选择1.刀具切削部分的材料必须具备的性能条件（1）较高的硬度和耐磨性（2）足够的强度和韧性（3）较高的耐热性（4）较好的导热性（5）良好的工艺性第11页/共36页 第2讲数控刀具与选用2.刀具材料 目前所采用的刀具材料，主要有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石。（1）高速钢 高速钢是一种加入了钨、钼、铬、钒等合金元素的高速合金工具钢。由于高速钢容易磨出锋

6、利切削刃，能锻造，所以在复杂刀具上广泛使用。按用途不同，高速钢可分为通用型高速钢和高性能高速钢。第12页/共36页 第2讲数控刀具与选用（2）硬质合金 硬质合金的硬度（89HRA93HRA）、耐磨性都很高，其切削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可提高几倍到几十倍，但硬质合金的抗弯强度为0.9GPa1.5GPa，比高速钢低得多，冲击韧度也较差，故不能像高速钢刀具那样承受大的切削振动和冲击负荷。硬质合金由于切削性能优良，因此被广泛用作刀具材料。绝大多数的车刀片和端铣刀片都采用硬质合金制造；深孔钻、铰刀等刃具也广泛采用硬质合金；一些复杂刀具如滚齿滚刀也采用硬质合金。第13页/共36页 第2讲数控刀具与

7、选用 按照ISO标准以硬质合金的硬度、抗弯强度等指标为依据，将切削用硬质合金分为三类：P类（相当于我国的YT类）、K类（相当于我国的YG类）和M类（相当于我国的YM类）。P类硬质合金常用牌号有YT5、YT、14、YT15及YT30，主要用于加工黑色金属（钢料）。K类硬质合金常用牌号有YG3X、YG6X、YG6、YG8等，主要用于加工铸铁及有色金属。M类硬质合金常用牌号有YW和YW，主要用于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属。第14页/共36页 第2讲数控刀具与选用（3）陶瓷刀具材料 陶瓷刀具材料是在陶瓷机体中添加各种碳化物、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

8、硬度、耐磨性、耐热性和化学稳定性等独特的优越性，在高速切削范围以及加工某些难加工材料，特别是加热切削方面应用广泛。陶瓷不仅用于制造各种车刀、镗刀，也开始用于制造成形车刀、铰刀及铣刀等刀具。在数控机床和加工中心加工过程中，正是由于陶瓷刀具所具备的优异切削性能及高的可靠性，使数控机床的高自动化、高生产率的性能得以发挥。第15页/共36页 第2讲数控刀具与选用 陶瓷刀具材料的品种牌号很多，按其主要成分大致可分为以下三类：氧化铝系陶瓷 优点是硬度及耐磨性高，缺点是脆性大、抗弯强度低，抗热冲击性能差。多用于铸铁及调质钢的高速加工。氮化硅系陶瓷复合氮化硅-氧化铝系陶瓷 用于加工淬硬钢、冷硬铸铁、石墨制品及

9、玻璃钢等材料。第16页/共36页 第2讲数控刀具与选用2.5 数控刀具的失效形式数控刀具的失效形式 在数控加工过程中，当刀具磨损到一定程度，崩刃、卷刃（塑变）或破损时，刀具即丧失了其加工能力而无法保证零件的加工质量，这种现象称为刀具失效。刀具破损的主要形式及其产生的原因有以下方面。1.后刀面磨损 后刀面磨损是指由机械交变应力引起的出现在刀具后刀面上的摩擦磨损。2.边界磨损 边界磨损主要原因是工件表面硬化及锯齿状切屑造 成的摩擦。解决措施是降低切削速度和进给速度，同时选择耐磨刀具材料，并增大刀具的前角使得切削刃锋利。第17页/共36页 第2讲数控刀具与选用3.前刀面磨损 前刀面磨损主要由切屑和工

10、件材料的接触，以及对发热区域的扩散引起。应该采用降低切削速度和进给速度，同时采用涂层硬质合金材料来达到减小前刀面磨损的目的。4.塑性变形 指切削刃在高温或高应力作用下产生的变形。可以通过降低切削速度和进给速度，选择耐磨性高高和导热性能好的刀具材料等措施来达到减少塑性变形的目的。5.积屑瘤 积屑瘤是指工件材料在刀具上的粘附物质。可以采取提高切削速度，选择涂层硬质合金或金属陶瓷等刀具材料，并在加工过程中使用冷却液等对策。第18页/共36页 第2讲数控刀具与选用6.刃口剥落 主要由断续切削、切屑排除不流畅等因素造成。应在加工时降低进给速度、选择韧性好的刀具材料和切削刃强度高的刀片，来避免刃口剥落现象

11、的产生。7.崩刃 崩刃产生的主要原因有刀具刃口的过度磨损和较高的加工应力，也可能是由刀具材料过硬、切削刃强度不足以及进给量太大造成。8.热裂纹热裂纹会降低工件表面的加工质量，并导致刃口剥落。第19页/共36页 第2讲数控刀具与选用2.6 数控可转位刀片与刀片代码数控可转位刀片与刀片代码 从刀具的材料方面，数控机床使用的刀具材料主要是各类硬质合金。从刀具的结构方面，数控机床主要采用机夹可转位刀具。选用机夹式可转位刀片，首先要了解各类机夹式可转位刀片的表示规则和各代码的含义。按照国际标准ISO1832-1985中可转位刀片的代码表示方法，刀片代码由10位字符串组成其排列顺序如下：1 2 3 4 5

12、 6 7 8 9-10其中每一位字符串代表刀片某种参数的意义：1 刀片的几何极其夹角形状2 刀片主切削刃后角（发角）3 刀片内接圆直径d与厚度s的精度级别第20页/共36页 第2讲数控刀具与选用4 刀片型式、紧固方法或断屑槽5 刀片边长、切削刃长度6 刀片厚度7 刀尖圆角半径r或主偏角r或修光刃后角a8 切削刃状态，刀尖切削刃或倒棱切削刃9 进刀方向或倒刃宽度10 厂商的补充符号或倒刃角度第21页/共36页 第2讲数控刀具与选用例如：车刀可转位刀片TNUM160408ERA2的表示含义T 60三角形刀片形状；N 法后角为0；U 内接圆直径d为6.35mm时；刀尖转位尺寸允差0.13mm内接圆允

13、差0.08mm，厚度允差0.13mm；M 圆柱孔单面断屑槽；16 刀刃长度16mm；08 刀尖圆弧半径0.8mm；E 刀刃倒圆；R 向左方向切削；A2 直沟卷屑槽，槽宽2mm。第22页/共36页 第2讲数控刀具与选用2.7 数控可转位刀片的夹紧数控可转位刀片的夹紧 可转位刀片的刀具由刀片、定位元件、夹紧元件和刀体组成，为了使刀具能达到良好的切削性能，对刀片的夹紧元件有以下基本要求：夹紧可靠，不允许刀片松动和移动。定位准确，确保定位精度和重复精度。排屑流畅，有足够的排屑空间。结构简单，操作方便，制造成本低，转位动作快，换 刀时间较短。常见可转位刀片的夹紧方式通常采用的有杠杆式、楔块上压式夹紧等。

14、第23页/共36页 第2讲数控刀具与选用楔块上压式夹紧依靠销与楔块的压下力将刀片夹紧。第24页/共36页 第2讲数控刀具与选用杠杆式夹紧依靠螺钉旋紧压靠杠杆，由杠杆的力压紧刀片达到夹固。第25页/共36页 第2讲数控刀具与选用2.8 数控车削刀具（可转位刀片）的选择数控车削刀具（可转位刀片）的选择 数控机床刀具按照装夹、转换方式主要分为两大类：车削系统刀具和镗削系统刀具。车削系统刀具由刀片（刀具）、刀体、接柄（柄体）、刀盘所组成，通过刀具夹持系统（或刀具夹持装置）固定在数控车床上。普通数控车床刀具主要采用机夹可转位刀片的刀具。所以车削系统刀具和普通数控车床刀具的选择主要是可转位刀片的选择。应当

15、根据被加工零件的材料、表面粗糙度要求和加工余量等条件，来决定刀片的类型。第26页/共36页 第2讲数控刀具与选用车削加工中刀片的选择方法：1.刀片材料的选择 主要根据被加工工件的材料、被加工表面的精度要求、切削载荷的大小以及切削加工过程中有无冲击和振动等条件决定。2.刀片尺寸选择 刀片尺寸的大小取决于有效切削刃的长度L，有效切削刃的长度L与背吃刀量和主偏角有关。3.刀片形状的选择 刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素来选择第27页/共36页刀尖强度渐增振动趋于升高 第2讲数控刀具与选用各种车刀刀片各种车刀刀片第28页/共36页 第2讲数控刀具与选用4.

16、刀片的刀尖半径选择 刀尖圆弧半径的大小直接影响刀尖的强度和被加工零件的表面粗糙度。刀尖圆弧半径越大，表面粗糙度值增大，切削力增大且易产生振动，切削性能下降，但刀刃强度增加，刀具前后刀面的磨损减少。选择原则为：在背吃刀量较小的精加工、细长轴加工或机床刚度较差的情况下，选取刀尖圆弧半径较小些；在需要刀刃强度高、零件直径大的粗加工中，选用刀尖圆弧半径较大些。刀尖圆弧半径一般适宜选取为进给量的23倍。第29页/共36页 第2讲数控刀具与选用2.9 数控铣削刀具的选择数控铣削刀具的选择1.数控铣床镗削系统刀具的选择 数控铣床刀具主要为镗削系统刀具。镗削系统刀具由刀片（刀具）、刀杆（或柄体）、主轴或刀片（

17、刀具）、工作头、连接杆、主柄、主轴组成。镗铣削系统刀具在加工中心和带刀库的数控铣床中采用模块式工具系统，不带刀库的数控铣床也采用此结构，不同之处只是手动换刀。不带刀库的数控铣床也普遍采用快换式铣夹头。第30页/共36页 第2讲数控刀具与选用2.铣刀类型的选择 铣刀类型应与被加工工件的尺寸与表面形状相适合。加工较大的平面应选择面铣刀；加工凸台、凹槽及平面轮廓应选择立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔可选择镶硬质合金的铣刀；加工曲面常采用球头铣刀；加工曲面较平坦的部位采用环形铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面多选用模具铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀。3.铣刀类参数的选择（1）面铣刀主要参数的选

18、择 可转位面铣刀的直径为16630mm。粗铣时铣刀直径应小些，精铣时铣刀直径应大些，尽量包容工件的整个加工宽度。因为铣削加工时冲击力较大，所以刀具前角应小些，硬质合金刀具的前角应更小。铣削加工强度高和硬度高的工件材料可选用负前角。第31页/共36页 第2讲数控刀具与选用（2）立铣刀主要参数的选择 根据工件的材料、刀具的加工性质，立铣刀的参数与刀角度的选取如下图所示：工件材料钢铸铁铸铁前角10 2010 1510 15铣刀直径小于10mm10mm20mm大于20mm后角252016第32页/共36页 第2讲数控刀具与选用4.刀具长度尺寸的确定 刀具长度一般是指主轴端面至刀尖的距离。其中包括刀柄和

19、刀具两部分。刀具长度的确定原则是：在满足各个部位加工要求的前提下，尽量减小刀具长度，以便提高工具系统的刚性。制定加工工艺和编制程序时，一般只需初步估算出刀具长度的范围，以方便刀具的准备。刀具长度的确定是根据工件尺寸、工件在机床工作台上的装夹位置以及机床主轴端面距工作台面或距工作台中心的最大、最小距离等条件来决定的。第33页/共36页 第2讲数控刀具与选用2.10 对刀仪与对刀块对刀仪与对刀块 测量数控机床刀具几何尺寸的装置称为对刀仪。对于多刃数控刀具，对刀仪还能起到调刀的作用，是提高数控机床效率必不可少的装备。根据对象的不同，对刀仪可分为数控车床对刀仪和数控镗铣床、加工中心用对刀仪及综合两种功

20、能的综合对刀仪。对刀仪通常由以下两部分组成：1.刀柄定位机构 刀柄定位基准是测量的基准，故应有很高的精度要求，一般要和机床主轴定位基准的要求接近。定位机构主体为一个回转精度很高、与刀柄锥面接触很好、带拉紧刀柄机构的对刀仪主轴。第34页/共36页 第2讲数控刀具与选用2.测头部分 接触式测量用百分表（或扭簧仪）直接测刀齿最高点，测量精度可达0.002mm0.01mm左右。在数控车床和数控铣床的实际加工中也经常使用对刀块。对刀块的形状类似于工具样板，所以对刀样板。利用对刀块的上端缺口部对正被加工工件的轴端部位，对刀块的下端用来对正刀具的刀尖位置，就可以准确地校正刀尖与工件的尺寸位置大小。这在数控车床和数控铣床的加工中（例如刀具磨损后的刀具调整，以及刀具刃磨后的换刀等）有着重要的应用。第35页/共36页