BTS工具系统在数控车床中的应用

BTS工具系统在数控车床中的应用

盐城工学院博雅学院BMZ机制072 陈美军

摘要：主要介绍数控加工中刀具的一般使用；BTS工具系统的发展史；BTS工具系统在数控车床中的应用；圆柱柄的发展；通用型数控车削工具系统的发展

关键词：数控车床；BTS工具系统；圆柱柄；通用型

刀具的选用和切削用量的选择在数控加工工艺中是非常重要的；它不仅关系到生产效率的高低，而且关系到加工工件的尺寸精度和表面质量的非常重要的一步；所以数控车床刀具必须具有稳定的切削性能，能够经受较高的切削速度，能够稳定的断屑和卷屑，能够较快的进行选刀和换刀。所以数控车床应该具有像数控铣床一样的工具系统。

1.数控车床刀具的选择。

数控车床工具系统是车床刀架与刀具之间的连接环节的总称。它的作用是能够使刀具迅速的定位和更换，以及传递回转刀具所需的动力。数控工具系统一般的组成一部分是刀具，另一部分是刀夹片，自动换刀装置的刀库，刀具的识别装置和刀具自动检测装置。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求,近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用,在数量上达到整个数控刀具的30 %～40 %，金属切除量占总数的80 %～90 %。数控刀具与普通机床上所用的刀具相比,有许多不同的要求,主要有以下特点: (1) 刚性好( 尤其是粗加工刀具) ，精度高,抗振及热变形小;(2) 互换性好,便于快速换刀;(3) 寿命高,切削性能稳定、可靠;(4) 刀具尺寸便于调整,以减少换刀调整时间;(5) 刀具可靠地断屑或卷屑,利于切屑排除;(6) 系列化,标准化,以利于编程和刀具管理。

2.数控加工切削用量的选择。

合理选择切削用量的原则是，粗加工时,一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性，加工设备的稳定性和加工成本；半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。

(1) 切削深度t :在机床、工件和刀具刚度允许的情况下,t 就等于加工余量,这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行半精加工和精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。(2) 切削宽度L一般L 与刀具直径d 成正比,与切削深度成反比。经济型数控加工中,一般L 的取值范围为: L = (0. 6～0. 9) d 。(3) 切削速度v :提高v 也是提高生产率的一个措施,但v 与刀具耐用度的关系比较密切。随着v 的增大摩擦随之增大,温度升高，刀具耐用度急剧下降,故v 的选择主要取决于刀具耐用度。另外,切削速度与加工材料也有很大关系,例如用立铣刀铣削合金钢30CrNi2MoVA 时,v 可采用8m/ min 左右;而用同样的立铣刀铣削铝合金时,v 可选200m/ min 以上。(4) 主轴转速n (r/ min) :主轴转速一般根据切削速度v 来选定。计算公式为n = v/πd式中,d 为刀具或工件直径(mm) 。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调倍率) 开关,可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。(5) 进给速度vF :vF 应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。vF 的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时,vF 可选择得大些。在加工过程中,vF 也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整,但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。随着数控机床在生产实际中的广泛应用,数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则。从而保证零件的加工质量和加工效率,充分发挥数控机床的优点,提高企业的经济效益和生产水平

3.工具系统的发展史。

本世纪七十年代末八十年代初，随着机械加工行业中被加工零件的形状日益复杂，精度的不断提高，以及批量少，加工品种多的要求。在电子工业取得巨大进步的基础上，自动换刀数控车削中心机床取得了日益广泛的应用。相应地，对于这类机床刀具也提出了一些新

的要求。模块式车削工具系统也在此基础上发展起来。这种工具一般都可以将切削部分从刀座上卸下，其连接部分的刚性及精度均很高，为自动换刀提供了方便。这种刀具模块辅以刀具测头、进给力监测技术以及刀具自动更换装置，可实现无人看管自动加工。因此，发展这种具有自动换刀能力和刀具监测能力的模块式车削工具系统，是国外自动加工的一个重要的趋势。近几年，一些工业发达国家的工具制造厂对车床的自动换刀工具系统进行了大量的研究工作，主要的有BTS机床工具系统。

4．BTS工具系统在数控车床中的应用。

瑞士SANDVIK公司于1980年在芝加哥机床博览会上首先推出的模块式工具系统（BTS），其切削头部有一系列不同的刀具模块，可以完成车削.镗削.钻削.切断.攻螺纹以及检测工作。这种工具的连接部分由拉杆和拉紧“T”形孔组成。在拉紧过程中，能使拉紧孔稍微的变形，从而获得很高的定位精度和连接刚度，实验表明，其径向定位精度可达±0.002mm，轴向定位精度可达±0.005mm。在切削速度为1.67m/s。进给量为0.73m/r,背吃刀量分别为1.5和10的情况下测量系统刚度、其刀尖位置变形情况是：Py和Px方向<0.005mm。这种模块式工具可手动换刀，也可以机动换刀，手动换刀需5s，机动换刀只需2s。

5.圆柱柄的发展

德国工程师协会把快换刀的几种较好的结构进行了研究，制订为标准（VD13425）。其中的圆柱柄结构获得了日益广泛的应用。后来，在这种圆柱柄的基础上制订了德国国家标准DIN69880。国际标准化组织1997 年也把它制订为国际标准（I801889），目前我国等效采用的国家标准也正在制订中。

DIN69880 和I8010889，两者的主要区别有：

（1）I8010889 增加了d1 = 16 和252 种小规格柄部。

（2）圆柱柄上90°齿形的尺寸及形位公差具体化了

（DIN69880 没有）。

（3）圆柱柄上90°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型橡胶圈。

（6）与d2配合规格16、20 和25 时为H6；30 ~ 80 时为

H5。

它的夹紧原理是：圆柱柄安装孔内的齿形夹紧块的定位尺寸L5比圆柱柄上齿形的定位尺寸L2长0. 3mm，压紧时齿形单面接触，从而获得愈来愈广泛的应用。

目前，许多车床厂和附件厂按上述标准来设计刀架，最近几年进口的数控车床及车削中心，采用这种圆柱柄刀夹的占有相当大的比重。由此可见，数控车床工具系统与刀架的连接型式采用这种圆柱柄会成为一种发展趋势。国内上海第二机床厂、宝鸡机床厂、云南机床厂、机床研究所等都有与此相适应的机床产品。

6.通用型数控车削工具系统的发展

在圆柱柄的前端设计成夹持各种车刀和轴向刀具的工作部分就形成了较为通用的工具系统。工具系统中夹持矩形截面车刀的称为刀夹。车刀与圆柱柄轴线垂直的，叫做B 型刀夹。它分为左右切、正反切、长型短型共8 种（即Bl、B2、⋯⋯B8 型），因刀具尺寸不同而形成l 个系列。刀与圆柱柄轴线平行的，叫做C 型刀夹。它同样分为左右切、正反切共4 种（即Cl、C2、⋯⋯C4 型），每l 种型式也都是l 个系列。装轴向刀具的习惯上称为刀柄，有装圆柱刀杆的El 和E2 型刀柄和装带扁尾莫氏锥柄刀具的Fl 型刀柄。有E3 和E4 型弹簧夹头刀柄和自紧钻夹头刀柄。为了提高数控车床的加工效率，根据工序集中的原则，出现了车