数控加工工艺学第4章　数控刀具及工具系统、机床附件.pptx

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第4章数控刀具及工具系统、机床附件,第4章数控刀具及工具系统、机床附件,数控刀具数控工具系统数控机床附件,第4章数控刀具及工具系统、机床附件,4.1数控刀具4.1.1数控刀具的种类金属切削刀具是现代机械加工中的重要工具。

无论是普通机床，还是数控机床和加工中心机床，都必须依靠刀具才能完成切削工作。

因此，我们必须了解常用刀具的类型、结构。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件,1.数控刀具的分类数控机床加工时都必须采用数控刀具，数控刀具主要是指数控车床、数控铣床、加工中心等机床上所使用的刀具。

从现实情况看，应从广义上来理解“数控机床刀具”的含义。

数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类。

模块化刀具是发展方向。

发展模块化刀具的主要优点有：

减少换刀停机时间，增加生产加工时间；加快换刀及安装时间，提高小批量生产的经济性；提高刀具的标准化和合理化的程度；提高刀具的管理及柔性加工的水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；有效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用线外预调。

事实上，由于模块刀具的发展，数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件数控刀具可按不同的分类方式进行分类。

数控刀具从结构上可分为：

整体式刀具，由整块材料磨制而成，使用时可根据不同用途将切削部分修磨成所需形状。

镶嵌式刀具，可分为焊接式和机夹式两种。

机夹式刀具根据刀体结构不同，又分为可转位和不转位刀具。

减振式刀具，当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减小刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具。

内冷式刀具，切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部。

特殊型式刀具，包括强力夹紧、可逆攻丝、复合刀具等。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件目前，数控刀具主要采用机夹可转位刀具。

数控刀具根据制造所采用的材料可分为：

（1）高速钢刀具。

高速钢通常是型坯材料，韧性较硬质合金好，硬度、耐磨性和红硬性较硬质合金差，不适于切削硬度较高的材料，也不适于进行高速切削。

高速钢刀具使用前需生产者自行刃磨，刃磨方便，适于各种特殊需要的非标准刀具。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件

（2）硬质合金刀具。

硬质合金刀片切削性能优异，在数控车削中被广泛使用。

硬质合金刀片有标准规格系列产品，具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供。

硬质合金刀片按国际标准分为三大类：

P类、M类和K类。

P类适于加工钢、长屑可锻铸铁（相当于我国的YT类）。

M类适于加工奥氏体不锈钢、铸铁、高锰钢、合金铸铁等（相当于我国的YW类）。

其中，又细分出一类，即MS类，适于加工耐热合金和钛合金。

K类适于加工铸铁、冷硬铸铁、短屑可锻铸铁、非钛合金（相当于我国的YG类）。

其中，又细分出KN和KH两类，KN类适于加工铝、非铁合金；KH类适于加工淬硬材料。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件陶瓷刀具。

立方氮化硼刀具。

金刚石刀具。

目前数控机床用得最普遍的是硬质合金刀具。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件数控刀具根据切削工艺可分为：

（1）车削刀具，分为外圆刀具、内孔刀具、外螺纹刀具、内螺纹刀具、切槽刀具、切端面刀具、切端面环槽刀具、切断刀具等。

数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。

机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准，刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金以及高速钢。

数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀具、外螺纹刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、切断刀具、孔加工刀具（包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等）。

常规车削刀具为长条形方刀体及圆柱刀杆。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件方形刀体一般用槽形刀架螺钉紧固方式固定；圆柱刀杆用套筒螺钉紧固方式固定。

它们与机床刀盘之间的连接是通过槽形刀架和套筒接杆来连接的。

在模块化车削工具系统中，刀盘的连接以齿条式柄体连接为多，而刀头与刀体的连接是“插入快换式系统”。

它既可以用于外圆车削又可用于内孔镗削，也适用于车削中心的自动换刀系统。

数控车床使用的刀具从切削方式上分为三类：

圆表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔类刀具。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件钻削刀具，分为小孔刀具、短孔刀具、深孔刀具、攻螺纹刀具、铰孔刀具等。

钻削刀具可用于数控车床、车削中心，也可用于数控镗铣床和加工中心。

它的结构和连接形式有多种，如直柄、直柄螺钉紧定、锥柄、螺纹连接、模块式连接（圆锥或圆柱连接）等。

镗削刀具，分为粗镗、精镗等刀具。

镗刀从结构上可分为整体式镗刀柄刀具、模块式镗刀柄刀具和镗头类刀具；从加工工艺要求上可分为粗镗刀和精镗刀。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件（4）铣削刀具，铣刀在加工中的重要性显而易见，数控加工对刀具的要求远远比普通铣削加工高，不仅要有更高的刚性、更高的耐用度、更好的抗震性、更好的断屑排屑性能、更合理的几何角度参数，还应有更高的制造精度。

铣刀分为面铣、立铣、三面刃铣等刀具。

面铣刀（也叫端铣刀）。

面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。

面铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件立铣刀。

立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。

立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。

立铣刀的结构有整体式和机夹式等，高速钢和硬质合金是铣刀工作部分的常用材料。

模具铣刀。

模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀、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。

它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。

铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件键槽铣刀。

键槽铣刀主要用于加工圆头平键键槽，也可用于加工开口槽，少数用于插入式铣削、钻削、锪孔。

键槽铣刀适用于铣削对槽宽有相应要求的槽类加工，采用螺旋齿结构，节削平稳。

图41所示为键槽铣刀。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件,图41,键槽铣刀种类,第4章数控刀具及工具系统、机床附件鼓形铣刀。

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，图42是一种典型的鼓形铣刀。

鼓形铣刀的鼓径较大（比球头铣刀的球径大），能加工小于90的闭斜角（指工件斜角90）面，且加工后的叠刀刀峰较小。

图43所示是用鼓形铣刀铣削变斜角面的情形。

由于鼓形铣刀的鼓径可以做得比球头铣刀的球径大，因此加工后的残留面积高度小，加工效果比球头铣刀好。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件,图42,鼓形铣刀示意图,第4章数控刀具及工具系统、机床附件,图43,用鼓形铣刀分层铣削变斜角面,第4章数控刀具及工具系统、机床附件成型铣刀。

成型铣刀一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造的，适用于加工平面类零件的特定形状（如角度面、凹槽面等），也适用于特形孔或台。

除上述几种类型的铣刀外，数控铣床也可使用各种通用铣刀。

但有不少数控铣床的主轴内有特殊的拉刀装置，或因主轴内孔锥度有别，须配制过渡套和拉杆。

此外，还有一类特殊型刀具，它有带柄自紧夹头、强力弹簧夹头刀柄、可逆式（自动反向）攻螺纹夹头刀柄、增速夹头刀柄、复合刀具和接杆类等。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件数控机床工具系统可分为整体式工具系统和模块化式工具系统。

尽管各种刀具的结构和形状各不相同，但有其共同点，即均是由工作部分和夹持部分组成的。

工作部分指担负切削加工工作的部分；夹持部分是指刀杆、刀柄和套装孔，其作用是保证刀具有正确的工作位置，并传递切削运动和动力。

我们将在后面介绍刀柄的选择。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件2.常用刀具的种类1）车刀和刀片的种类由于工件材料、生产批量、加工精度以及机床类型、工艺方案的不同，车刀的种类也异常繁多。

根据与刀体的连接固定方式的不同，车刀主要可分为焊接式与机械夹固式两大类。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件,图44,焊接刀具,第4章数控刀具及工具系统、机床附件

（1）焊接式车刀。

将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上称为焊接式车刀，如图44所示。

这种车刀的优点是结构简单，制造方便，刚性较好；缺点是由于存在焊接应力，使刀具材料的使用性能受到影响，甚至出现裂纹。

另外，刀杆不能重复使用，硬质合金刀片不能充分回收利用，造成了刀具材料的浪费。

根据工件加工表面以及用途不同，焊接式车刀又可分为切断刀、外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、螺纹车刀以及成型车刀等。

焊接式车刀的种类见图45。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件,图45,焊接式车刀的种类,第4章数控刀具及工具系统、机床附件

（2）机械夹固式可转位车刀（又称机夹可转位车刀）。

如图46所示，机械夹固式可转位车刀由刀杆、刀片、刀垫以及夹紧元件组成。

刀片每边都有切削刃，当某切削刃磨损钝化后，只需松开夹紧元件，将刀片转一个位置便可继续使用。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件,图46,机械夹固式可转位车刀的组成,第4章数控刀具及工具系统、机床附件刀片是机夹可转位车刀的一个重要组成元件。

按照国标GB207687，刀片大致可分为带圆孔、带沉孔以及无孔三大类，形状有三角形、正方形、五边形、六边形、圆形以及菱形等共17种。

图47所示为常见的几种刀片形状及角度。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件,图47,常见可转位车刀刀片,第4章数控刀具及工具系统、机床附件2）车刀类型数控车削用的车刀一般分为三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。

（1）尖形车刀，以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。

这类车刀的刀尖（同时也为其刀位点）由直线形的主、副切削刃构成，如90内、外圆车刀，左、右端面车刀，切槽（断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。

用这类车刀加工零件时，其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到，它与另两类车刀加工零件轮廓形状的原理是截然不同的。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件,图48,圆弧形车刀,第4章数控刀具及工具系统、机床附件

（2）圆弧形车刀，圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀，如图48所示。

其特征是，构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或轮廓误差很小的圆弧，该圆弧上的每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。

车刀圆弧半径理论上与被加工零件的形状无关，并可按需要灵活确定或经测定后确认。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件,图49,成型车刀,第4章数控刀具及工具系统、机床附件（3）成型车刀，成型车刀也叫样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定，具体见图49。

数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹车刀等。

在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀，当确有必要选用时，则应在工艺文件或加工程序单上进行详细说明。

其他铣削和钻削加工的常用刀具的种类在本节后面详细介绍。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件数控刀具的特点对数控刀具的要求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，数控刀具与普通金属切削刀具相比应达到如下要求：

要有很高的切削效率。

提高切削速度至关重要，硬质合金刀具切削速度可达500600m/min,陶瓷刀具可达8001000m/min；要有很高的精度和重复定位精度，一般为35m或者更高；要有很高的可靠性和耐用度，这是选择刀具的关键指标；,第4章数控刀具及工具系统、机床附件要能实现刀具尺寸的预调和快速换刀，缩短辅助时间，提高加工效率；要具有完善的模块式工具系统，储存必要的刀具以适应多品种零件的生产；要建立完备的刀具管理系统，以便可靠、高效、有序地管理刀具系统；要有在线监控及尺寸补偿系统，监控加工过程中刀具的状态，提高加工可靠度。

数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。

第4章数控刀具及工具系统、机床附件2.数控刀具的特点为了满足以上所提出的要求，数控刀具主要应具备以下特点：

刀片和刀具的几何参数、切削参数规范化、典型化