金属切削原理与刀具

1. 模块式工具系统
模块式工具系统为了克服整体式工具系统的缺点，把整体式刀具分解成工 具柄部（主柄模块）、中间连接块（中间连接模块）和工作头部（工作模块） 3个主要部分，制成各种系列化的标准模块，然后通过各种连接结构，将这3部 分连接成整体，组成一整套不同规格的模块式工具，如我国的G系统，现已开 发了TMG10、TMG21及TMG28等模块式工具系统。
为了区别各种结构不同的模块式工具系统，在TMG之后加上两位数字表示 其结构特征，即TMG XX，以示区别。 第1位数字表示模块连接的定心方式，其代号意义如表所示：
第2位数字表示模块连接的锁紧方式，其代号意义如表所示：
国内常见的镗铣类模块式工具系统有TMG10、TMG21及TMG28等。
1) TMG10模块式工具系统。各模块之间的连接采用短圆锥定心，轴向用中心 螺钉拉紧，主要用于工具组合后不经常拆卸或零件批量加工件的情况。
数控机床工具系统除需具备普通工具的特性外，还要具备以下要求： 1) 具有较高的换刀精度和定位精度、 2) 具有较高的刀具耐用度 3) 具有较高的刚性
4) 刀具断屑、排屑性能要好
5) 工具系统的装卸、调整要方便 6) 标准化、系列化和通用化
13.6 镗铣类数控工具系统
镗铣类数控工具系统是数控镗床、数控铣床、数控钻床、加工中心及柔 性单元配套的主要附件。可完成镗削、铣削、钻削、铰削、锪孔攻螺纹等多 种加工工艺。镗铣类数控工具系统是指镗铣床主轴到刀具之间的各种连接刀 柄的总称。其主要作用是连接主轴与刀具，使刀具达到所要求的位置与精度， 传递切削所需扭矩及保证刀具的快速更换，工作时，刀柄按工艺顺序先后装 在主轴上，随主轴一起旋转，工件固定在工作台上作进给运动。
13.6.2 TMG工具系统
TMG工具系统是指模块式工具系统。模块式工具系统都是由主柄模块(直接 与机床主轴连接的模块)、中间模块(为了加长工具轴向尺寸和变换连接直径的 模块)和工作模块(装夹各种切削刀具的模块)3个部分所组成。
如图所示为我国镗铣类模块式 TMG21工具系统图谱：
1. TMG数控工具系统的类型及其特点
可转位铣刀刀片的ISO代码与可转位车刀刀片的代码类似，主要区别在于第7 位代码，铣刀刀片用两个字母分别表示主偏角和修光刃法向后角，而车刀刀片则 表示刀尖圆弧半径。
13.5 数控工具系统简介
数控机床所用的刀具，虽不是机床本体的组成部分，但它是机床实现切 削功能不可分割的部分，提高数控机床的利用率和生产效率，刀具是一个十分 关键的因素。为使刀具在数控机床上迅速地定位夹紧，数控机床普遍使用标准 的刀具系统。
第十三章 数控刀具及数 控工具系统简介
数控刀具以其高效、精密、高速、耐磨、长寿命和良好的综合切削性能 正在逐步取代传统的刀具。
13.1 数控刀具的种类
数控刀具是指与数控机床相配套使用的各种刀具的总称，是数控机床不可 缺少的关键配套产品。 数控刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包 括刀具及连接刀柄。刀柄要连接刀具并装在机床的动力头上，因此已逐渐标准 化和系列化。 数控刀具按下列方法进行分类：
镗铣类数控工具系统按其结构不同，可分为整体式与模块式两大类。
我国制定了：“镗铣类整体数控工具系统”标准（简称为TSG工具系统） 和“镗铣类模块式数控工具系统”标准（简称TMG工具系统），它们都采用 GB 10944-89(JT系列刀柄）为标准刀柄。 加工中心上常用的是自动换刀机床用7:24长圆锥柄。在主轴端为同一锥度 号的加工中心的主轴孔，以及刀库、换刀机械手之间互相通用。
4) 柄部形式代号。4号位以1~2位字母表示模块的柄部形式，如JT、BT和ST等。 5) 锥度规格。5号位以2为数字表示模块的柄部尺寸。 6) 模块借口处直径。6号位以数字表示模块借口处的直径。 7) 装在主轴上悬伸长度。7号位以数字表示模块装在主轴上悬伸长度。 示例21A•JT40•25-50表示TMG21工具系统的主柄模块，锥柄形式为JT， 规格为40号7:24锥度，主柄模块借口外径为25mm，装在主轴上悬伸长度为 50mm。
主要分为内外端面车刀、内外轮廓车刀、内外切槽刀、内外螺纹车刀、外 圆车刀及内孔车刀。
2. 按切削刃形状分
可分为尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀3 类。 1) 尖形车刀。尖形车刀是指以直线形切削刃 为特征的车刀。 2) 圆弧形车刀。它是以一圆度误差或线轮廓 误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。 特别适宜于车削精度要求较高的凹曲面或 大外圆弧面，以及尖形车刀所不能完成的 加工。 3) 成形车刀。成形车刀俗称样板车刀，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。常见的成形车刀有小半径圆 弧车刀、非矩形槽车刀和螺纹车刀等。
2. TMG模块型号的表示方法
TMG模块型号是由给定意义的字母和数字代号，按一定顺序排列的7个号位 组成，如示例，其表内容如下：
1) 模块连接的定心方式。1号位以1为数字表示模块连接的定心方式。 2) 模块连接的锁紧方式。2号位以1为数字表示模块连接的锁紧方式。 3) 模块所属种类。3号位以1~2位字母表示模块的类别，共有5种，如表所示。
2) 柄部尺寸。2号位以两位数字表示柄部尺寸。对锥柄表示相应的ISO锥度号， 对圆柱柄表示直径。 3) 工具用途代码。3号位以1~3位字母表示工具的用途。
4) 工具规格。4号位以数字表示工具的工作特性，其含义随工具的不同而不同。 如表示工具的轮廓尺寸D或L、工具的应用范围等。 5) 工作长度。5号位以数字表示工具的设计工作长度，即锥柄大端直径处到端 面的距离。 示例JT 45 Q 32 120型号所表示的工具为：自动换刀机床用7:24圆锥工具 柄(GB 10944—89)，锥柄为45号，前部为弹簧夹，最大夹持直径32mm，刀柄 工作长度(锥柄大端直径φ57.15mm处到弹簧夹头前端面的距离)为120mm。
④ 键槽铣刀
⑤ 鼓形铣刀
⑥ 成形铣刀
13.4.2 数控铣刀刀片ISO代码
1. 可转位铣刀刀片的夹 紧 1) 螺钉楔块式
2) 拉杆楔块式
3) 上压式
2. 可转位铣刀刀片的ISO代码
可转位铣刀刀片的ISO代码是由给定意义的字母和数字代号，按一定顺序 排列的10个号位组成。其中第8和第9个号位分别表示切削刃截面形状和刀片切 削方向，只有在需要的情况下才予以标出。
13.5.1 概述
所谓数控工具系统是指由切削性能优良能满足各种不同的形状、规格、状 态的切削加工需要的刀具和更换夹紧方便、重复定位精度高的配套工具等组成 的系统化工具，是刀具与机床的借口，由刀柄、连杆、连接套和夹头等组成。
数控机床工具系统分为镗铣类数控工具系统和车床类数控工具系统。它们 主要由刀具部分和工具柄部(刀柄)、接杆(接柄)和夹头等装夹工具两部分组成。 20世纪80年代末，开发出了通用模块式结构(车、铣)的工具系统。模块式工具 系统将工具的柄部和工作部分分割开来，制成各种系统化的模块，然后经过不 同规格的中间模块，组成各种不同用途、不同规格的工具。目前世界上模块式 工具系统有几十种结构，其区别主要在于模块之间的定位方式和锁紧方式不同。
13.2.1 数控刀具与传统刀具的特征比较
13.2.2 数控刀具的特点
为了适应数控机床对刀具要求高效、多能、快换和经济的目的，数控机床 所用刀具应具备以下特点：
13.3 数控车削刀具
13.3.1 数控车削刀具的类型
数控车削刀具是指数控车床上所用的各种刀具的统称。其一般分类如下：
1. 按加工功能分
13.3.2 机夹可转位式外圆车刀的ISO代码
1. 代码表示方法
ISO标准和我国标准规定了机夹可转位式外圆车刀的代码。其代码用一组 给定意义的字母和数字表示。代码共有10个号位，前9个号位必须使用，第10 号位仅用于符合标准规定的精密级车车刀。
13.3.3 机夹可转位式内孔车刀的ISO代码
2) TMG21模块式工具系统。各模块之间的连接采用单圆柱面定心、径向销钉 锁紧、端面摩擦传递扭矩。它最大特点就是可根据加工需要，通过中间模块 的连接调整刀具的长度。 3) TMG28模块式工具系统。是我国开发的新型工具系统，其各模块之间的连 接采用单圆柱面定心、径向锁紧方式，主要用于高效切削工具，如可转位浅 孔钻、扩孔钻、双刃镗刀等。
1. 可转位螺纹车刀刀 片 有 条形、菱形和三角形等，刀片在刀杆上的安装方式有平装和立装式。
因螺纹牙型标准很多(如60°三角形米制螺纹、55°英国标准惠氏螺纹等)， 为了满足各种不同齿形的标准和非标准螺纹加工的要求，可转位螺纹刀片做成 各种标准和非标准的形状和齿形。
下图是有代表性的厂家生产的非标准螺纹刀片的偏好方法：
13.4 数控铣削刀具
13.4.1 数控铣刀的种类及适用范围 1. 数控铣床对刀具的要求
1) 铣刀刚性要好。一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要；二是为适应 数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。 2) 铣刀的耐用度要高。
2. 数控铣刀的分类
1) 按刀具切削部分的材料不同可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具、 立方氮化硼刀具和陶瓷刀具等。 2) 按铣刀结构形式不同可分为整体式、镶嵌式、减振式、内冷式和特殊形式等。
1) 工具柄部形式。1号位以两位字母表示工具柄部形式。工具柄部一般采用7： 24圆锥柄，这种圆锥柄不会自锁，换刀方便，具有较高的定位精度和较大 的刚性。 常用的工具柄部形式有JT、BT和ST 3种，它们都可以直接与机床主轴连接。 JT表示采用国标标准ISO7388制造的加工中心机床用带机械手夹持槽的锥 柄柄部；BT表示采用日本标准MAS403制造的加工中心机床用带机械手夹 持槽的锥柄柄部， ST表示按GB3837制造的数控机床用无机械手夹持槽的 锥柄。 TSG工具柄部形式如表所示：
13.6.1 TSG工具系统
TSG工具系统属于整体式结构，是专门为加工中心和镗铣类数控机床配套 的工具系统，也可以用于普通镗铣床。图所示为我国的TSG82工具系统。