数控工具系统(改)

9.1 概述
把通用性较强的刀具和配套装夹工具系列化、标准化， 就成为通常所说的工具系统。也就是说，工具系统是针对数 控机床要求与之配套的刀具必须可快换和高效切削而发展起 来的，是刀具与机床的接口。除刀具本身外，还包括实现刀 具快换所必需的定位、夹紧、抓拿及刀具保护等机构。 数控机床工具系统的要求： 1） 精度要求 2） 耐用度要求 3） 刚度要求 4） 断屑、卷屑和排屑要求 5） 装卸调整要求 6） 标准化、系列化和通用化
注：（ ）内尺寸为锥柄尺寸
60
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9.2.3.3空心短锥工具系统的检测 （以HSK-63为例）
⑴HSK刀柄圆锥的测量----锥度尺 寸由两个截面上的直径确定 ⑵主轴锥孔的测量 ⑶HSK主轴与刀柄的配合----配合 的最佳状态是在配合长度内， 锥孔与锥柄有充分的过盈，紧 密结合。配合的最差状态是大 端有较小的过盈，小端出现间 隙； ⑷刀柄夹紧面（30o锥面）的测量 ----加工和检测比较困难，需 用专用量具检测，如图。
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9.2 镗铣类数控工具系统
是镗铣类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。 按结构可以分为 1：整体式结构（TSG工具系统） 刀具柄部与夹持刀具工作部分连成一体， 使得品种 繁多，管理不便 2：模块式结构（TMG工具系统） 经济、灵活、快速、可靠，通用性强
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2）HSK的工作原理
①德国GUHRING公司的工具系统
*安装刀柄时，两个键槽的深度不同，安装时应该与主轴孔内相应
的端键对应
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德国GUHRING公司的工具系统手动夹紧装置
HSK型 号 25
螺钉直 最大扭 夹紧力 径/mm 矩/Nm /kN 2.5 1.5 4.5
HSK型 号 50
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⑷瑞典SANSDVIK COROMANT公司的工具系统
公司的刀柄与以上集中锥柄不同的是：锥柄不是圆锥形， 而是三棱锥，其棱为圆弧形，锥度为1：20。它的特点是应 力分散，分布合理，定心性好，精度高，适合高速旋转，转 速为15000~55000r/min，小径取大值
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自动夹紧机构是用油缸和碟形弹簧驱动6个夹爪钩住刀柄
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9.3.2更换刀具头部的数控车削工具系统的发展
共同优点是：换刀时所更换的体积和量都比过去小，，这 样使刀库，机械手尺寸比较紧凑，允许机床刀库有较大的容 量，更适合与多品种、较复杂零件的加工。 ⑴BTS工具系统 ⑵FTS工具系统
ห้องสมุดไป่ตู้
⑶CAPTO工具系统
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9.4 刀具预调仪
9.4.1 概述
在使用CNC系统的刀具 直径和长度补偿功能时， 需要知道刀具测量直径和 测量长度（如图） 获得方法： 使用测量装置或采用 机床本身进行测量
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9.3 数控车削工具系统
数控车床工具系统是车床刀架与刀具之间的连接环节 （包空各种装车刀的非动力刀夹及装钻头、铣刀的动力 刀柄）的总称，它的作用是使刀具能快速更换和定位以 及传递回转刀具所需的回转运动。通常是固定在回转刀 架上，随之作进给运动或分度转位，并从刀架或转塔刀 架上获得自动回转所需的动力。
和ST等三种
2）柄部尺寸——对锥柄表示相应ISO锥度号，对圆柱柄表示直径 3）工具用途代码——表示工具的用途 4）工具规格——表示工具的工作特性；eg 轮廓直径尺寸D和L/
应用范围
5）工作长度——表示工具的设计工作长度（锥柄大端直径处到
端面的距离）
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⑵
7：24锥柄标准形式： JT
、 BT
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HSK（德国）KM（肯纳） NC5（日研） 32（24） 40（30） 4032（24） 5040（30）
BT
50（38）
63（48） 80（60） 100（75） 10080（64） 125（95） 6350（40）
NC5-46
NC5-63
30
40 45
NC5-100
50 55
160（120）
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9.2.3.4空心短锥工具系统的应用 该工具系统是 一种最新的工具系统，该系统虽有诸多优 点，适合高速、高精度加工需要，但也有其局限性，并不能 完全取代目前所用的BT（7：24）锥度及ABS（圆柱+端面） 等工具系统。 下面对几个具体问题进行分析： ⑴连接精度和刚度 ⑵刀柄强度 ⑶刀柄动平衡 ⑷型号规格 ⑸造价问题
主要由两部分组成：一部分是刀具；另一部分是刀夹 （夹刀器）。更完善的包括自动换刀装置、刀库、刀具 识别装置和刀具自动自动检测装置。
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9.3.1 通用型数控车削工具系统的发展
（1)圆柱柄的发展 与DIN69880相比，ISO10889有以下特点： ①ISO10889增加了d1=16mm和d1=25mm两种小规格柄部。 ②圆柱柄上90o齿形的尺寸及形位公差具体化了。
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⑶日本日研（NIKKEN）公司的NC5工具系统
日研公司开发的NC5工具系 统如图所示。定位原理与 其他系统相同，不同的时 把1：10锥柄分成锥套和圆 柱柄两部分套在一起，锥 套端面有碟形弹簧，锥柄 尾端是螺钉孔，用于安装 拉钉。这种夹紧机构可靠 简单 NC5刀柄重复定位精度；径向（X，Y）为 0.003mm，轴向（Z）为0.002mm
HSK型 号 63 80 100
扳手扭矩 /Nm 20 30 40
扳手头宽 度/mm 5 6 8
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MAPAL公司夹紧扳手扭矩
⑵美国KENNAMETAL公司的KM工具系统
KM工具系统刀柄的基本形状与HSK相似，但其夹紧机构不 同， 下图是其中的一种形式 KM系统的特点时转速高，精度高。最高转速可达 50000r/min重复定位精度在0.002mm以内。静刚度和动刚度 都比HSK系统高，但相比之下，KM系统刀柄显得单薄，有些 零件的强度较差。
螺钉直 径/mm 4
最大扭 矩/Nm 14.0
夹紧力 /kN 20.0
32
40
2.5
3
3.0
6.0
7.0
12.0
63
80
5
6
27.0
54.0
28.0
40.0
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GUHRING公司手动夹紧装置扳手扭矩及夹紧力
②德国MAPAL公司的工具系统
HSK型号 32 40 50
扳手扭矩 /Nm 8 8 15
扳手头宽 度/mm 3 3 4
、ST
⑶ 工具系统拉钉有关标准 1）ISO标准A型拉钉--标准号ISO 7388/2-A，配用JT型刀柄 2）ISO标准B型拉钉—标准号ISO 7388/2-B，配用JT型刀柄 3）日本标准MAS403拉钉 配用BT型刀柄 4）德国标准DIN 69872拉钉 配用JT型刀柄 ER型卡簧（DIN 6499） 其夹紧力不大，适用于直径在16mm以下的铣刀，大尺寸的 铣刀采用KM型卡簧 ⑷
⑵美国KENNAMETAL公司的KM工具系统
⑶日本日研（NIKKEN）公司的NC5工具系统
⑷瑞典SANDVIK COROMANT公司的工具系统 ⑸型号规格
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图示为HSK-A63刀柄及主轴锥孔，这是其中一种规格，锥度 为1：10，锥体尾部有端面键槽以传递扭矩，锥体内孔有30o锥 面，夹紧机构的夹爪钩在此面以拉紧刀柄。锥体与主轴锥孔有 微小过盈，夹紧时薄壁锥体产生弹性变形，示锥体与端面同时 靠紧。 HSK系统分为6种型号，刀柄上有供内冷却的冷却液孔
各种模块式工具系统之间的组要区别再也模块连接的定 心方式和锁紧方式不同。
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⑴TMG数控工具系统的类型及其特点
国内常见的镗铣类模块式工具系统有TMG10、TMG21和TMG28 等。这些型号的表示中前一位表示模块连接的定心方式；后 一位表示模块连接的锁紧方式。 ①TMG10-----短圆锥定心，轴向用中心螺钉拉紧，主要 用于刀具组合后不经常拆卸或加工件具有一定批量的情况。 ②TMG21----单圆柱面定心，径向销钉锁紧。主要用于重 型机械、机床等各种行业。 ③TMG28----单圆柱面定心。具有互换性好，连接的重复 精度高，组装/拆卸方便，连接牢固可靠，结合刚性好，主要 用于高效切削
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⑵TMG模块型号的表示方法： 表达内容依顺序为：模块接口形式、模块所属种类、 用途或有关特性参数。 ①模块连接的定心方式----即TMG类型代号的十位数字 （0―5） ②模块连接的锁紧方式----即TMG类型代号的个位数字 （0―6、TMG28为8） ③模块所属种类----模块类别标示，一共有5种 ④柄部形式代号----标示锥柄形式 ⑤锥度规格----表示柄部尺寸（锥度号） ⑥模块接口处直径----标示主柄模块和刀具模块接口处外 径 ⑦装在主轴上悬伸长度----是主柄圆锥大端直径只前端面 的距离或者是中间模块前端到其与中间模块接口处的距离
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9.2.2 TMG工具系统
模块式工具系统就是把工具柄部和工作部分分割开来， 分别制成系列化的模块，在经过中间模块，组装成一套套不 同用途、规格的模块式工具。主要由三个部分组成： ①主柄模块----直接与机床主轴连接的工具模块 ②中间模块----为了加长工具轴向尺寸和更换连接直径 的工具模块 ③工作模块----为了装夹各种切削刀具的模块
③圆柱柄上90o齿形的齿数比DIN69880有所减少。
④圆柱柄根部空刀形状改了，更便于车削。 ⑤圆柱柄根部增加了O形橡胶圈。 ⑥配合尺寸d2为16mm、20mm和25mm时，公差为H6；d2为 30―80mm时，公差为H5。
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圆柱柄的夹紧原理：
圆柱柄安装孔(右图)，内 的齿形夹紧块的定位尺寸 L3比圆柱柄上的齿形的定 位尺寸L2长0.3mm压紧时齿 形单面接触。
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1）HSK工具系统的类型
①HSK-A型 用于加工中心，转速超过40000r/min 时，刀杆需要进行东平衡。 ②HSK-B型 B型圆柱部分直径比A型大一号，锥体 直径比A型小 一号，适于径向切削力较大的工作条件。 ③HSK-C型 A型的变形，圆柱面上没有自动换刀 用的沟槽 ④HSK-D型 B型的变形 ，圆柱面上没有自动换刀 用的沟槽 ⑤HSK-E型 与A型相似，无端面键槽和圆柱面上 的缺口，靠摩擦力传递扭矩，动平衡性能好 ⑥HSK-F型 形状与E型相似，圆柱部分直径比E型 大一号，锥体直径比E型小 一号，适于径向切削力较大的工 作条件。
第九章：数控工具系统
9.1 9.2 概述 镗铣类数控工具系统
9.2.1 TSG工具系统 9.2.2 TMG工具系统 9.2.3 新型工具系统 9.2.3.1 概述 9.2.3.2 空心短锥工具系统典型结构及型号规格 9.2.3.3 空心短锥工具系统的检测 9.3.3.4 空心短锥工具系统的应用
9.3 9.4 9.5
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⑶国外镗铣类模块式数控工具系统简介
1）NOVEX工具系统 2）ABS工具系统 3）WIDAFLEX UTS（KM）工具系统 4）MC工具系统 5）VARILOCK工具系统 6）CAPTO工具系统
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⑷镗铣类模块式数控工具系统的选用
①首先，接口的连接精度、刚度要能满足使用要求。 ②所选用的结构国内是否有生产厂家？ ③在机床上使用时，模块接口是否需要拆卸？
数控车削工具系统
9.3.1 通用型数控车削工具系统的发展 9.3.2 个换刀具头部的数控车削工具系统的发展
刀具预调仪
9.4.1 刀具预调概述 9.4.2 刀具预调仪器的选用与管理
刀具管理系统
9.5.1 刀具管理系统的职能 9.5.2 典型刀具管理系统介绍 9.5.2.1 AMS-TMS1.0 刀具管理系统 9.5.2.2 CCTMS 1.0刀具管理系统
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9.2.1 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。特点是锥柄和连杆连成一体；其优点是 结构简单、整体刚性强、使用方便、工作可靠、更换迅速等；缺 点是锥柄的品种和数量较多。 ⑴表示方法：
1）工具柄部形式——一般采用7：24圆锥柄，常用形式有JT、BT
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9.2.3新型工具系统----空心短锥工具系统
9.2.3.1 概述： ⑴特点： ①定心精度高 ②静动态刚度高
（采用锥度和端面同时定位）
③适合高速加工 ④重量轻，尺寸小，结构紧凑 ⑤清理污垢方便
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9.2.3.2空心短锥工具系统典型结构及型号规格 典型结构 ⑴德国HSK工具系统 （DIN 69893）