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数控加工工艺及刀具 第二章

  数控加工工艺及刀具 第二章_设计/艺术_人文社科_专业资料。数控加工工艺及刀具

  第二章数控加工刀具 ? ? ? ? 2. 2. 2. 2. 1概述 2数控机床刀具的选择 3数控加工中心的工具系统 4数控加工刀具选择实例 2. 1概述 ? ? 2.1.1数控机床刀具的特点 数控机床加工具有广泛的适应性和较高的灵活性,加工精 度高、质量稳定、加工生产率高,能加工复杂型面等优点, 使得数控机床刀具与普通机床上所使用的刀具相比,有许多 不同的要求,主要有以下特点: 1.高效率性 2.高精度性 3.高可靠性 4.专用化 ? ? ? ? ? 2. 1.2数控机床刀具的材料 下-页 返回 2. 1概述 ? ? ? ? ? 1.高速钢(High speed steel) 高速钢的抗弯强度、韧性较高,具有良好的工艺性,刃磨 后切削刃锋利,所以又称锋钢。高速钢的耐腐蚀性好,所以 又将高速钢刀条俗称白钢,如图2-1。 常用高速钢的牌号与用途见表2-1。 2.硬质合金(Cemen示ed Carbide ) 硬质合金是硬度很高的金属碳化物(WC‘、示iC、示aC 等)与金属钻结剂(Co)用粉末冶金的方法制成的。它的常温 硬度为89~93 HRA,耐热温度为800~1 000 C ,硬质 合金刀具允许的切削速度比高速钢高5~10倍,可达 100~300m/min,其将在刀具材料中占主导地位。它可 以加工包括淬硬钢在内的多种材料。 上-页 下-页 返回 2. 1概述 ? ? ? ? ? ? 按照国际标准ISO,以硬质合金的硬度、抗弯强度等指标 为依据,将硬质合金刀片材料分为K,P,M三大类, 目前,我国常用的硬质合金可分为两大类,一类是碳化钨 基硬质合金;另一类是碳化软基硬质合金。 碳化钨基硬质合金。碳化钨基硬质合金又主要包括以下几 种 钨钴类硬质合金(W C+Co),代号YG(属于K类) 钨软钻类硬质合金(W C+示iC十Co),代号Y示(属于P 类)。 钨软(铌)类硬质合金(W C+示iC+示aC(NoC)+CLo, 代号YW(属于M类),常用硬质合金牌号及用途见表2-2 上-页 下-页 返回 2. 1概述 ? ? ? ? 3.超硬刀具材料 (1)陶瓷(Ceramics) (2)聚晶金刚石(PCD) (3)立方氮化硼(CBN) ? ? 2.1.3刀具涂层技术 刀具涂层技术目前可划分为两大类,即化学气相沉积技术 和物理气相沉积(PVD)技术 目前,刀具材料发展呈现以下特点: (1)整体硬质合金刀具逐渐代替高速钢刀具。如用超细颗 粒硬质合金材料制造立铣刀、麻花钻、丝锥等刀具。 ? ? 上-页 下-页 返回 2. 1概述 ? ? ? (2)涂层刀具的应用越来越普遍,其中PVI涂层刀具增幅 最大。 (3)聚晶金刚石、立方氮化硼和单晶金刚石涂层刀具增长 迅速。数控刀具正是利用这些材料的特点,满足高速(超高 速)、硬质(含耐热、难加工)、干式、精细(超精细)切削及 高效率数控加工切削的技术要求。 对于金属切削刀具材料一般有硬度、强度、红硬性、导热 性等指标要求,其中硬度和强度是一对极其重要的指标,理 想的刀具材料应当硬度、强度兼备,这是刀具界发展的目标, 上-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? ? 2 .2.1数控机床刀具的分类 1.按刀具的结构分 数控机床刀具按刀具的结构可分为:①整体式;②镶嵌式, 包括焊接式、机夹式;③特殊形式,包括复合式、内冷式 2.按制造刀具的材料分 数控机床刀具按制造刀具的材料可分为:①高速钢刀具;② 硬质合金刀具;③超硬材料刀具,如立方氮化硼、陶瓷、金刚 石 3.按工艺内容分 数控机床刀具按工艺的内容可分为:①车削刀具,如外圆刀、 内孔刀、切断刀、螺纹刀等;②钻削刀具,如钻头、铰刀、丝 锥等;③铣削刀具, 下-页 返回 ? ? ? 2. 2数控机床刀具的选择 ? 如圆柱立铣刀、端面铣刀、键槽铣刀、角度铣刀、圆弧铣刀 等;①削刀具,如固定锁刀、可调锁刀、浮动锁刀等。 ? ? ? ? 2 .2.2数控车刀(硬质合金车刀) 数控车工包括焊接式车刀和机夹可转位式车刀两大类 1.焊接式车刀 焊接式车刀,即将硬质合金刀片用铜焊的方法固定在刀体 上而形成,如图2-5所示。 其优点是结构简单、制造方便、刚性较好、应用广泛;缺 点是刀片磨钝后需取下刀具重新刃磨、或刀具整体报废,影 响加工效率。 ? 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? ? ? 2.机夹可转位式车刀 机夹可转位车刀,即把硬质合金刀片用机械夹持的方法固 定在刀体上而形成。如图2-6所示,它由刀杆1、刀片2、刀 垫3及夹紧兀件生组成。 刀片由硬质合金模压成型,其上具有多个切削刃,当一个 切削刃用钝之后,松开夹紧机构,将刀片转个位置便可以继 续使用,加工效率高。 机夹可转位刀片的材料主要有硬质合金、涂层硬质合金、 陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。在数控机床上应用最多的是 硬质合金刀片和涂层硬质合金刀片。 如图2-7所示的是EG-NC机夹可转位式车刀。 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? ? ? ? ? ? 2 .2.3硬质合金可转位刀片 1.硬质合金可转位刀具的主要优点 (1)刀具耐用度较高 (2)节省刀体材料,降低刀具费用。 (3)提高劳动生产效率。 (4)改善劳动环境,减少粉尘危。 (5)有利于在互联网上进行技术交流、刀具产品采购、订货。 (6)有利于企业面向实际的应用软件开发。 2.可转位刀片型号的国家标准表示规则及其选择 ? 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? 掌握合理的刀片选择方法,包括正确选择刀片材料与几何 形状的各构成部分,可以提高刀片的使用寿命、生产率和加 工质量。下面就对硬质合金刀片的国家标准表示规则及其选 择加以说明。 硬质合金可转位刀片的国家标准采用ISO国际标准。产品 型号的表示方法、品种规格、尺寸系列、制造公差等,都与 ISO标准相同为适应我国的国情,我国的产品型号还在国际 标准规定的9个号位之后,加一短横线,再用一个字母和一 位数字分别表示刀片断屑槽形式和宽度。因此,我国可转位 硬质合金刀片的型号,共用10个号位的内容来表示主要参数 的特征。 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? ? ? ? 按照规定,任何一个型号刀片都必须用前7个号位,后3 个号位在必要时才使用。现对10个号位的具体内容进行说明 一号位:表示刀片形状,用一个英文字母代表,见表2-3 二号位:表示刀片主切削刃法向后角,用一个英文字母代 表,见表2-4 三号位:表示刀片尺寸精度。用一个英文字母代表,见表2 -5。其中M级较经济,应优先选用,A ~G级精度较高。 四号位:表示刀片的夹固形式及有无断削槽,用一个英文 字母代表,见表2-6 五号位:表示刀片主切削刃长度,用两位数字表示,见表 2-7。刀片切削刃长度一般以加工时最大背吃刀量的值来选 取。 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? ? 六号位:表示刀片厚度,即主切削刃到刀片定位底面的距 离。刀片厚度大,承受的切削负荷也大,见表2-8 七号位:表示刀尖圆角半径厂或刀尖转角形状。刀尖圆角半 径厂小的用于吃刀量小的精加工、细长轴加工等工艺刚性差 的情况。刀尖圆角半径厂大的用于需要刀刃强度大的黑皮加 工、断续加工等粗加工。刀尖圆角半径的大小还影响加工表 面粗糙度。刀尖圆角半径和刀尖转角形状见表2-9 八号位:表示刀片切削刃形状用一个英文字母代表,见表 2-11 九号位:表示刀片切削方向用一个英文字母代表,见表212 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? ? ? 十号位:国家标准中表示刀片断屑槽形式及槽宽,分别用 一个英文字母及一个阿拉伯数字代表在ISO编码中,是留给 刀片厂家备用号位,常用来标注刀片断屑型代码或代号。 3.可转位刀片转换及刀杆安装时应注意的问题 (1)刀片安装和转位时应注意的问题: 转位和更换刀片时应清理刀片、刀垫和刀杆各接触面,应 保证接触面无铁屑和杂物,表面有凸起点应修平。已用过的 刃口应转向切屑流向的定位面。 转位刀片时应使其稳当地靠向定位面,夹紧时用力应适当, 不宜过大。夹紧时,有些结构的车刀需用手按住刀片,使刀 片贴紧底面。刀片、刀垫和刀杆三者的接触面应贴合无缝隙。 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? ? ? ? ? (2)刀杆安装时应注意的问题: 车刀安装时其底面应清洁、无钻着物;如果内侧和外侧面 也须作安装的定位面,则也应擦净。 若使用垫片调整刀尖高度,垫片应平直,最多不能超过3 块。 刀杆伸出长度在满足加工要求下应尽可能短一般伸出长度 是刀杆高度的1.5倍。确要伸出较长才能满足加工需要,也 不能超过刀杆高度的3倍。 4.硬质合金可转位刀片的选用 (1)外圆车刀片的选择: ① 80°菱形刀片外圆车刀。如图2-8所示多用于粗加工 或半精加工。 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? ? ②35°菱形刀片外圆车刀。如图2-9所示,多用于半精加 工和精加工。 ③55°菱形刀片外圆车刀。 (2)内孔车刀片的选择。内孔车刀的选择方法与要求和外 圆车刀基本一致,也要注意刀具的副切削刃是否和被加工表 面干涉,刀尖的强度是否满足要求。另外,在选用时尽量选 用刀尖角大的刀具,以提高其刚性一般刀具的副偏角比工件 轮廓最大切角大2°左右即可。 一般刀片对应的刀柄型号是固定的,即使形状相同也不能 互换;否则刀具的中心高度不能满足要求,刀片的形状选择完 成后,应考虑刀片槽形的选择。 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? 5.刀具使用中应注意的问题(见表2-13)。 ? ? ? 2 .2.4铣刀 1.面铣刀(盘铣刀)(见图2-11) 面铣刀既主要用于加工较大的平面,切削刃分布在圆周面 和端面,圆周面上的切削刃为主切削刃,端面切削刃为副切 削刃。 面铣刀多制成套式镶丙结构,即刀丙和刀体分开的结构。 硬质合金面铣刀的常用结构有:整体焊接式、机夹焊接式、可 转位式。 ? 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? 2.立铣刀 立铣刀结构形状如图2-12所示,分为高速钢立铣刀和硬 质合金立铣刀两种,立铣刀是数控加工中心用得最多的一种 铣刀,主要用于加工凹槽,较小的台阶面、二维曲面(平面凸 轮的轮廓)、三维中间曲面等。 立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃,它们既可以同时 进行切削,也可以单独进行切削,圆柱表面切削刃为主切削 刃,端面上的切削刃为副切削刃。主切削刃分布在螺旋线上, 硬质合金立铣采用大螺旋升角结构,这样有利于提高切削过 程的平稳性,提高加工精度,端面刃主要用来加工与侧面垂 直的底平面。 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? ? 3.键槽铣刀 键槽铣刀的结构形状如图2-12所示,主要用于加工封闭 的槽。键槽铣刀的结构形状与立铣刀相近,圆周、端面都有 切削刃,它有两个刀,端面刃延至中心,兼有钻头、立铣刀 的功能加工时,先延轴向钻孔,加工到深度后,再延键槽方 向铣出键槽全长。 4.模具铣刀 模具铣刀主要用于加工空间曲面、模具型腔或凸模成型表 面。模具铣刀由立铣刀发展而来,通常有以下三种结构:圆锥 形立铣刀、圆柱形球头立铣刀、圆锥形球头立铣刀。铣刀的 工作部分用高速钢或硬质合金制造,如图2-15、图2-16 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? ? 5.鼓形铣刀 鼓形铣刀主要用于数控铣床和加工中心加工立体曲面,可 以加工出由负到正的不同斜角的表面,如图2-17、图2-18。 缺点是刃磨困难、切削条件差且不适合加工有底的轮廓。 6,成型铣刀 成型铣刀是特定的加工内容设计制造的,适用于加工平面 零件的特定形状(槽面、台面、孔和角度面),如图2-19 各种铣刀的典型应用情况可如图2-20 ? ? 2 .2.5数控孔加工刀具 1.硬质合金可转位浅孔钻 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? ? ? 钻削直径2 0 ~60 mm,孔的长度与直径比小于4,这 种钻头刚性好,切削效率高,可保证钻孔的精度,适用于箱 体零件的钻孔加工可转位浅孔钻的结构是:刀体上有内冷却通 道及排屑槽,刀体头部装有一组硬质合金刀片(刀片可以是正 多边形、四边形), 图2-21所示的是硬质合金可转位浅孔钻。 2.整体式钻头(见图2-22) 3.机夹式钻头(见图2-23) 4.扩孔钻(见图2-24) 5.铰刀 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? ? ? 数控机床常用的铰刀结构形状如图2-25。用于对预制孔进 行精加工一般用于孔的最后加工,也可用于精细孔的初加工 6.镗刀 镗刀用于对孔进行精加工,加工精度可达IT7级,表面粗 糙度Ra值为0.8,特别适用于箱体孔系及大直径孔的加工数 控机床上常使用的微调锁刀结构形状如图2 – 28 7.复合孔加工刀具 由两把或两把以上单个孔加工刀具组合成一体的刀具成为 复合(组合)孔加工刀具。当批量加工生产时,为了集中工序、 减少换刀时间、提高加工精度和生产效率,可使用复合孔加 工刀具,如图2-29 上-页 下-页 返回 2. 2数控机床刀具的选择 ? ? ? 2 .2.6选择数控刀具的一般原则 选择数控刀具时应遵循以下一般原则: (1)选择刀具的种类和尺寸应与加工表面的形状和尺寸相 适应 (2)尽量采用硬质合金或高性能材料制成的刀具。 (3)尽量采用机夹或可转位式刀具。 (4)尽量采用高效刀具,如多功能车刀、铣刀、锁铣刀、 钻铣刀等合金刀具。 ? ? ? 上-页 返回 2. 3数控加工中心的工具系统 ? 数控加工中心的工具系统有卧式加工中心(见图2-30)、 链轮式自动换刀装置(见图2-31)和转盘式自动换刀系统。 ? ? 2 .3.1 刀柄 加工中心使用的刀具种类繁多,而每种刀具都有特定的结 构及使用方法,要想实现刀具在主轴上的固定,主轴还必须 要有相应不同的结构以适应刀具的结构,这显然不合理。因 此必须有中间装置,该装置必须能够装夹刀具且能在主轴上 准确定位,装夹刀具的部分(直接与刀具接触的部分)叫工作 头,安装工作头且直接与主轴接触的标准定位部分叫刀柄, 如图2-33 下-页 返回 2. 3数控加工中心的工具系统 ? ? ? ? 标准刀柄表示方法如图2-35所示。 (1)一号位表示柄部形式及尺寸: J—表示采用国际标准ISO 7388号加工中心机床用锥柄 柄部(带机械手夹持槽),其后数字为相应的ISO锥度号:如 50和40分别代表大端直径69, 85和44, 45的7:24锥 度。 B—表示采用日本标准MAS 403号加工中心机床用锥柄 柄部(带机械手夹持槽),其后数字为相应的ISO锥度号:如 50和40分别代表大端直径69, 85和44, 45的7:24锥 度。 上-页 下-页 返回 2. 3数控加工中心的工具系统 ? ? ? ? ? ? ? ? (2)二号位表示刀柄用途及主参数。 XD :装三面铣刀刀柄; MW:无扁尾莫氏锥柄刀柄; XS:装三面刃铣刀刀柄; M:有扁尾莫氏锥柄刀柄; Z(J):装钻夹头刀柄(贾式锥度加工); XP:装削平柄铣刀刀柄 (3)三号位表示工作长度 上-页 下-页 返回 2. 3数控加工中心的工具系统 ? ? ? 2 .3.2数控机床的工具系统 1.整体式工具系统 整体式工具系统把刀柄和工作头做成一体,使用时选用不 同品种和规格的刀柄即可使用,优点是使用方便AJ靠;缺点 是刀柄数量多,刀柄利用率较低。 整体工具系统的刀柄系列如图2 -37、图2 - 38,刀具 的工作部分可与各种标准柄部相结合组成所需要的数控刀具 ? 上-页 下-页 返回 2. 3数控加工中心的工具系统 ? ? ? ? 刀柄的适应能力和利用率,属于比较先进的工具系统,但并 不是在机床上全部配备模块式刀柄就是最佳,这需要从技术 和经济方面进行综合考虑。 如图2 -39、图2-40,该系统由主柄模块、中间模块和 工作模块三个基本模块组成。模块之间借助圆锥(或圆柱)配 合,通过适当组合三模块和刀具,可以组装成满足特定加工 要求的各种成套刀具 2.模块式工具系统 模块式工具系统是指刀柄与工作头分开,做成模块式,然 后通过不同的组合而达到使用目的,减少了刀柄的个数,提 高了 上-页 下-页 返回 2. 3数控加工中心的工具系统 ? ? ? 2 .3.3刀柄的选择 1.刀柄结构的选择 选择整体刀柄还是选择模块式刀柄,要根据具体情况认真 分析。对长期反复使用,不需要拼装的简单刀柄,如在零件 外轮廓上加工用的端面铣刀刀柄,弹簧夹头刀柄和钻夹头刀 柄等以配备整体式刀柄为宜,使刀柄刚性好,价格便宜,刀 具装卸方便。当加工孔径、孔深经常变化的多品种、小批量 零件时,以选用模块式刀柄为宜,这样可以避免准备大量整 体式刀柄;当数控机床台数较多,尤其是机床主轴部、机械手 各不相同时,宜选用模块式刀柄。 上-页 下-页 返回 2. 3数控加工中心的工具系统 ? ? ? ? 2.刀柄数量的确定 我国已实行标准化的整体式工具系统示SC82,共有12 个类,朽个品种,672个规格。对一台或几台数控机床来说, 买全整个示SC工具系统是没有必要的,用户要根据自己的加 工情况来选取。 3.刀柄与机床、机械手相适应 数控机床主轴孔一般有7 :22锥度,但刀柄与机床相配 的柄部除锥角以外其他部分并没有完全统一如与机床主轴相 配的刀柄,有采用ISO7388标准或采用日本MAS 403B 示标准等。规格有20,25,50,60等型号,因此选择刀柄时 一定要仔细阅读机床说明书,以确定本机床所需配置的工具 系统型号。 上-页 返回 2. 4数控加工刀具选择实例 ? ? 例在数控铣床上加工如图2-41所示的零件,材料H示 200,毛坯尺寸为170 mm X110 mm X 50 mm,试 选择加工该零件所需要的刀具,并拟定刀具卡片。 分析零件各加工部位的形状、精度和表面粗糙度等方面的 要求,确定加工方法。外轮廓采用立铣刀加工、上下表面采 用端面铣刀(盘铣刀)加工,详见表2-16。 返回 图2-1高速钢刀具 返回 图2-5焊接式车刀 返回 图2-6机夹可转位车刀 返回 图2-7 FG-NC机夹可转位式车刀 返回 图2 - 8 菱形刀片外圆车刀 返回 图2-9 35°菱形刀片外圆车刀 返回 图2-11面铣刀 返回 图2-12立铣刀 返回 图2-15模具铣刀 返回 图2-16硬质合金模具铣刀 返回 图2-17鼓形铣刀 返回 图2-18鼓形铣刀加工斜角表面 返回 图2-19成型铣刀 返回 图2 - 20铣刀的应用 返回 图2-21硬质合金可转位浅孔钻 返回 图2-22整体式钻头 返回 图2-23机夹式钻头 返回 图2-24扩孔钻 返回 图2-25铰刀 返回 图2-28可调式撞刀 返回 图2-29复合刀具 返回 图2 - 30卧式加工中心 返回 图2-31链轮式自动换刀装置 返回 图2 -33加工中心刀具的组成 返回 图2-35标准刀柄表示方法 返回 图2 - 37整体工具系统的刀柄 返回 图2-38整体工具系统的刀柄系列 返回 图2-39模块式数控工具系统的组成 返回 图2-40模块式工具系统 返回 表2-1常用高速钢的牌号与用途 返回 表2-2常用硬质合金牌号及用途 下一页 表2-2常用硬质合金牌号及用途 上一页 返回 表2-3刀片型号及代号 返回 表2-4主切削刃法向后角 返回 表2-5刀片精度等级 返回 表2-6刀片有无断屑槽及夹固形式 返回 表2-7各种形状刀片切削刃长度的表示位 置 返回 表2-8刀片厚度及代号 返回 表2-9刀尖圆角半径和刀尖转角形状 返回 表2-11刀片切削刃形状 返回 表2-12刀片切削方向 返回 表2-13刀具使用中应注意的问题 返回 表2-16数控加工刀具卡片 返回

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