第章数控刀具及其工具系统
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第一章 数控机床概述
第一节 数控机床的加工特点及其应用
6)数控机床加工的自动化程度很高，除刀具的进给运动外， 对零件的装夹、刀具的更换、切屑的排除等工作均能自动 完成。 7)采用数控机床加工，能通过选用最佳工艺路线和切削用 量，有效地减少加工中的辅助时间，较大地提高生产效率。 8)在数控机床上加工零件，一般可省去前期划线、中间检 验等工作，通常还可省去复杂的工装，减少对零件的安装、 调整等工作，故能明显缩短加工的准备时间，降低生产费 用。
新型数控车床的空转动时间大为缩短。
第三节 数控车床概述
(3)高柔性 数控车床具有高柔性，适应70%以上的多品 种、小批量零件的自动加工。 (4)高可靠性 随着数控系统的性能提高，数控机床的无故 障时间迅速提高。 (5)工艺能力强 数控车床既能用于粗加工又能用于精加工， 可以在一次装夹中完成其全部或大部分工序。 (6)模块化设计 数控车床的制造采用模块化原则设计。 三、数控车床的组成及布局
第一章
第一节 数控机床的加工特点及其应用
一、数控机床的加工特点 1)能加工超精零件。 2)能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件。 3)能加工普通机床不能(或不便)加工的多种零件。 4)能加工经一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。 5)一台数控机床可同时加工两个或多个相同的零件，也可 同时加工多工序的不同零件。
一、数控机床的组成
图1-16 数控机床的组成
第二节 数控机床的组成及工作原理
1.输入装臵 (1)控制介质输入 所谓控制介质就是数控信息的物质载体， 通常有穿孔纸带、磁带、磁盘等；相应的输入装臵是光电 纸带阅读机、录音机、磁盘驱动器等。 (2)手工输入 利用键盘和显示屏，输入控制机床运动和刀 具运动的指令。 (3)直接输入存储器 从自动编程机上、其他计算机上或网 络上，将编制好的加工程序通过通信接口直接输入数控装 臵的存储器，这是现代数控机床的发展趋势。
数控刀具及其选用(共31张PPT)
常用数控刀具的材料
高速钢
普通高速钢 高性能高速钢
数
控
刀
硬质合金
具
的
材
料
金属陶瓷
YG类硬质合金〔ISO-K类〕
YT类硬质合金〔ISO-P类〕
YW类硬质合金〔ISO-M类〕 纯氧化铝类〔白色陶瓷〕 TiC添加类〔黑色陶瓷〕
聚晶金刚石〔PCD〕
聚晶立方碳化硼〔PCBN〕
2.2 可转位刀片的应用及代码
可转位刀具是将预先加工好并带有假设干个切 削刃的多边形刀片，用机械夹固的方法夹紧在刀体 上的一种刀具。由刀片和刀体组成。
刀具选择的根本原那么：安装调整方便、刚 性好、耐用度和精度高；在满足加工要求的前提 下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚 性。
具体应用见P62-63数控车削、数控铣削刀具的选择。
数控刀具的选择
刀具选择应考虑的主要因素有：
被加工工件的材料、 性能
如金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性及耐 磨性等。
2.1.1 数控刀具的种类
按刀具 材料分
高速 钢刀具
硬质合 金刀具
聚晶金 刚石刀具
立方氮 化硼刀具
陶瓷刀具
涂层刀具
2.1.1 数控刀具的种类
车刀
按加工 工艺来分
钻削刀具
镗刀
铣刀
外圆、内孔、螺纹、 钻头、铰刀、 整体式、模块式、 面铣、立铣、
车槽、车成型面
丝锥
镗头类
成型铣刀
2.1.2 数控刀具的特点
TSG整体式镗铣类工具系统
TSG整体式镗铣类工具系统：
把锥柄和刀杆制成一体；
工具系统的柄部形式有直柄和锥柄两种。
TMG镗铣类模块式工具系统
TMG工具系统是把整体式刀具分解成柄部〔主柄模块〕、 中间连接块〔连接模块〕、工作头部〔工作模块〕三个主 要局部，然后通过各种连接结构，在保证刀杆连接精度、 强度、刚性的前提下，将这三局部连接成整体。
数控刀具系统
二、分度工作台
数控机床的分度工作台根据加工要求将工件 回转至所需的角度，以达到加工不同面的目的。 分度工作台主要有两种形式：定位销式分度工作 台和鼠齿盘式分度工作台。
图6－48是ZHS-K63卧式加工中心上的 带有托板交换工件的分度回转工作台，用鼠 齿盘分度结构。
转 塔头的 转位过 程如图 6－18 所示。
二、 刀库式自动换刀装置
刀库式自动换刀装置是由刀库和刀具交 换机构组成。在具有刀库的加工中心上，其 换刀方式又可按有、无机械手分为：有机械 手换刀和无机械手换刀两类。
(一) 无机械手的换刀系统 图6－19所示为一种卧式加工中心无机械手 换刀系统的换刀过程。
2．刀库选刀方式 刀库选刀方式有顺序选择和任意选择二种。 (1) 顺序选刀方式 刀库中的刀具位置严格按 所需加工零件的加工顺序排列。 (2) 任意选刀方式 工作原理是在刀库上 安装位置检测装置，只要将刀具号和刀库地址 对应记忆在数控系统的存储器中，刀库分度、 刀具交换的同时每次改变存储器的内容来控制 换刀装置。
3．换刀机械手 在加工中心的自动换刀系统中，是机械 手具体执行刀具的自动更换，对其要求是迅 速可靠、准确协调。
图6－22为三种单臂机械手的示意图。
图6－23为三双臂种机械手示意图。
4．有机械 手的换刀系统 换刀过程示例
图6－24为 一卧式加工中心， 它的自动换刀装 置由一个链式刀 库和双手交叉式 机械手构成。
第三节 数控夹具系 统
一、 数控夹具的要求
(1) 精度要求 (2) 定位要求 (3) 空间要求 (4) 快速重调要求
二、பைடு நூலகம்控夹具的选用方法
1) 在数控车床、车削中心和磨床上加工 回转体工件，一般采用能适应一定直径范围 工作的通用快速自动夹紧卡盘。
第一章 数控车床简介
2、多功能化： （1）数控机床采用一机多能，以最大限度地提高设备设备的利 用率。 （2）前台加工、后台编辑的后台功能，以充分提高其工作效率 和机床利用率。 （3）具有更高的通讯功能，现代数控机床除具有通讯口、DNC 功能外，还具有网络功能。 DNC是Direct Numerical Control/Distributed Numerical Control英文一词的缩写,中文意思：直接数字控制/分布式控 制。 DNC最早是指分布式数控系统（Distributed Numerical Control），其含义是用一台大型计算机同时控制几台数控机 床。后来随着科学技术的进步，数控系统由NC （Numerical Control）发展为CNC （Computer Numerical Control 计算机 数控系统），每一台数控机床由一台计算机（CNC系统）来 控制,所以过去的DNC概念已失去意义。
为实现更高速度、更高精度的指标，目前主要 在下述几个方面采取措施进行研究： （1）数控系统：数控系统采用位数、频率更高的 微处理器，以提高系统的基本运算速度。 （2）伺服交流伺服系统：全数字交流伺服系统， 大大提高了系统的定位精度、进给速度。所谓数字 伺服系统，是指伺服系统中的控制信息用数字量来 处理。随着数字信号微处理器速度的大幅度提高， 伺服系统的信息处理可完全用软件来完成，这就是 所谓的“数字伺服”。
3 智能化：引进了自适应控制技术.自适应控制 （Adaptive Control，简称AC）技术是能调节在 加工过程中所测得的工作状态特性，且能使切削 过程达到并维持最佳状态的技术。 4 高可靠性：通过提高数控系统的硬件质量，采 用模块化、标准化和通用化来提高其可靠性。
二、 数控技术的基本概念 1 数字控制（Numerical Control)，简称NC，它是 采用数字化信息实现加工自动化的控制技术， 用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行 控制的机床称作数控机床。 2 NC机床：早期的数控机床的NC装置是由各种 逻辑元件、记忆元件组成随机逻辑电路由硬件 来实现数控功能，称作硬件数控，用这种技术 实现的数控机床称作NC机床。 3 CNC 机床：现代数控系统采用微处理器或专用 微机的数控系统（Computer Numerical Control） 由事先存放在存储器里的系统程序（软件）来 实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并 通过接口与外围设备进行联接，这样的机床称 作CNC机床。
数控刀具及其工具系统
数控刀具的工具系统—— 用来连接机床主轴和刀具之间的辅助系统（含硬件
和软件）。除刀具本身以外，还包括实现刀具快换所必 需的定位、夹持、拉紧、动力传递和刀具保护等部分。
按使用范围可分为车削类和镗铣类数控工具系统； 按系统的结构特点可分为整体式和模块式工具系统。
数控刀具及其工具系统
第三节 数控刀具的工具系统
化和通用化结构体系。 7 ）应建立刀具及其工具系统信息的数据库及其管理系统。 8）具有完善的刀具组装、预调、编码标识和识别系统。 9）应建立切削数据库以便合理使用机床与刀具。
数控刀具及其工具系统
第二节 刀具快换、自动更换和尺寸预调
一、刀具快换或自动更换 1、刀片转位或更换刀片
——精加工仍需尺寸调整。
二、镗铣类数控工具系统
系统一般由工具柄、刀具装夹和刀具组成，分为整体式和模块 式两大类。
自动换刀机床用7∶24圆锥工具柄部尺寸（GB/T 10944—2006) （单位：mm）
数控刀具及其工具系统
第三节 数控刀具的工具系统
自动换刀机床用7∶24圆锥工具柄部尺寸（GB/T 10944—2006) （单位：mm）
二、镗铣类数控工具系统 2、模块式镗铣类工具系统
（TMG）
（1）圆柱定心径向销钉 锁紧式（TMG21）
1）拆装方便 2）夹紧力大 3）刀柄刚性好 4）制造精度要求高 5）组装方便
圆柱定心径向销钉锁紧结构 数控刀具1及—其定工位具销系统 2—固定螺钉 3—锥端滑销 4—紧固螺钉
第三节 数控刀具的工具系统
示例： 刀具轴向尺寸数显对刀
数控刀具及其工具系统
第二节 刀具快换、自动更换和尺寸预调
二、数控刀具尺寸预调 1、数控刀具尺寸仪
数控光刀学具测及量其工立具式系多统工位刀具预调仪
和软件）。除刀具本身以外，还包括实现刀具快换所必 需的定位、夹持、拉紧、动力传递和刀具保护等部分。
按使用范围可分为车削类和镗铣类数控工具系统； 按系统的结构特点可分为整体式和模块式工具系统。
数控刀具及其工具系统
第三节 数控刀具的工具系统
化和通用化结构体系。 7 ）应建立刀具及其工具系统信息的数据库及其管理系统。 8）具有完善的刀具组装、预调、编码标识和识别系统。 9）应建立切削数据库以便合理使用机床与刀具。
数控刀具及其工具系统
第二节 刀具快换、自动更换和尺寸预调
一、刀具快换或自动更换 1、刀片转位或更换刀片
——精加工仍需尺寸调整。
二、镗铣类数控工具系统
系统一般由工具柄、刀具装夹和刀具组成，分为整体式和模块 式两大类。
自动换刀机床用7∶24圆锥工具柄部尺寸（GB/T 10944—2006) （单位：mm）
数控刀具及其工具系统
第三节 数控刀具的工具系统
自动换刀机床用7∶24圆锥工具柄部尺寸（GB/T 10944—2006) （单位：mm）
二、镗铣类数控工具系统 2、模块式镗铣类工具系统
（TMG）
（1）圆柱定心径向销钉 锁紧式（TMG21）
1）拆装方便 2）夹紧力大 3）刀柄刚性好 4）制造精度要求高 5）组装方便
圆柱定心径向销钉锁紧结构 数控刀具1及—其定工位具销系统 2—固定螺钉 3—锥端滑销 4—紧固螺钉
第三节 数控刀具的工具系统
示例： 刀具轴向尺寸数显对刀
数控刀具及其工具系统
第二节 刀具快换、自动更换和尺寸预调
二、数控刀具尺寸预调 1、数控刀具尺寸仪
数控光刀学具测及量其工立具式系多统工位刀具预调仪
第一章 数控机床的基本知识
驱动系统
南通航院
其作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移 动部件的运动，包括信号放大和驱动元件。其性能好坏 动部件的运动，包括信号放大和驱动元件。 直接决定加工精度、表面质量和生产率。 直接决定加工精度、表面质量和生产率。 脉冲当量δ 相对于每个脉冲信号， 脉冲当量δ ——相对于每个脉冲信号，机床移动部 相对于每个脉冲信号 件的位移，常见的有：0.01mm、0.005mm、 件的位移，常见的有：0.01mm、0.005mm、 0.001mm
第一章、 第一章、数控机床概述
三、数控机床的基本概念
南通航院
数控机床是由普通机床发展而来的， 数控机床是由普通机床发展而来的，它们之间最主 是由普通机床发展而来的 要的区别是： 要的区别是： 前者可以按事先编制好的加工程序自动地对工件进 行加工； 行加工；而后者的整个加工过程必须通过技术工人的手 工操作来完成。 工操作来完成。 示例：
第一章 数控机床概述
步进电机 常用的伺服元件 直流伺服电机 交流伺服电机
南通航院
编码盘 常用的检测元件 光栅 磁珊
（2）主轴驱动系统
第一章 数控机床概述
4、机床
南通航院
早期采用通用机床，现在采用了新的加强刚性、 早期采用通用机床，现在采用了新的加强刚性、减 小热变形、提高精度等方面的设计措施， 小热变形、提高精度等方面的设计措施，使其发生了很 大的变化。 大的变化。 目前已模块化生产， 目前已模块化生产，分为六大块
第一章
数控机床概述
南通航院
二、自动化加工与数控机床 机床数控技术是以数字化的信息处理实现机床自 动控制的一门技术。 动控制的一门技术。 数控机床把刀具和工件之间的相对位置，机床电 数控机床把刀具和工件之间的相对位置， 动机的启动和停止，主轴变速，工件松开夹紧， 动机的启动和停止，主轴变速，工件松开夹紧，刀具 的选择，冷却泵的启动、 的选择，冷却泵的启动、停止等各种操作和顺序动作 等信息用数码化的数据送入数控装置或计算机， 等信息用数码化的数据送入数控装置或计算机，经过 译码、运算， 译码、运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其他 执行元件，使机床自动加工出所需工件。 执行元件，使机床自动加工出所需工件。
哈量数控刀具及工具系统
Ｐｕｌｌ Ｓｔｕｄ Ｔｙｐｅ ｏｆ Ｊａｐａｎ 日本 ＭＡＳ ４０３ ＢＴ
拉钉型号 Ｄ Ｄ１ Ｄ２ Ｄ３ Ｌ Ｌ１ Ｌ２ 重量（ｋｇ）
２０
ＢＴ４０
４４．４５
６３
Ｍ１６
６５．４
２５
ＢＴ５０
６９．８５
１００
Ｍ２４ １０１．８
３５
ＢＴ６０
１０７．９５ １５５
Ｍ３０ １６１．８
４５
日本标准拉钉
Ｐｕｌｌ Ｓｔｕｄ Ｔｙｐｅ ｏｆ Ｊａｐａｎ 日本ＪＩＳ Ｂ ６３３９－１９９８
Ｌ２
Ｌ３
１３．６ １６．３
１６．６ ２２．６
２３．２ ３５．４
２８．２ ６０．１
ＬＤＡ－３０ M12
13
12
16
44
24
19
0.04
ＬＤＡ－４０ M16
17
19
23
54
26
20
0.08
ＬＤＡ－５０ M24
25
28
36
74
34
25
0.23
国际标准Ｂ型拉钉
Ｐｕｌｌ Ｓｔｕｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｙｐｅ Ｂ 国际 ＩＳＯ ７３８８／２－１９８４（Ｅ）
端面铣刀定位芯轴… … … … … … … … … … … … … … ２ ０ 过度套… … … … … … … … … … … … … … … … … … … ２ ０
精密莫氏变径套… … … … … … … … … … … … … … ２ ０
７：２４圆锥检验棒………………………………………２１ 莫氏圆锥检验棒………………………………………２１ ７：２４工具圆锥工作塞规………………………………２２
11数控刀具及其工具系统
第13章数控刀具 第一节 对数控刀具的要求
第一节 对第一节 对数控刀具的 对数控刀具的要求
数控刀具
数控刀具
数控刀具
数控刀具
数控刀具
数控刀具
第一节对数控刀具的要求
1.刀具切削性能稳定可靠 2.要求刀具有很高的耐用度 3.保证可靠的卷屑断屑和排屑 4.实现刀具尺寸的预调--快速换刀和自动换刀 4. -5.数控刀具有高的精度和重复定位精度 6.具有一个比较完善的工具系统， 实现三化 7.建立刀具信息管理系统 8.应有刀具在线监控及尺寸补偿系统 9.建立切削数据库，以便合理利用机床与刀具
直接检测与监控
Hale Waihona Puke 13.4.2刀具磨损检验与控制
刀具磨损的间接测量与控制 1.以刀具寿命为判据 2.以切削力为判据 3.以表面粗糙度为判据 刀具破损的检测 光电式刀具的破损检测 气动式刀具破损检测
刀具破损的检测
思考：13-1、2、3、4
模块式镗铣类工具系统
模块式镗铣类工具系统即TMG工具系统。 组成：柄部(主柄模块)、 中间连接块(连接模块)、 工作头部(工作模块) ， 通过各种连接结构，在保证刀杆连接精度、 强度、刚性的前提下，将这三部分连接成整体。 TMG后面2位数字，第一位表示定心方式； 第二位表示锁紧方式。例如 TMG21
圆柱定心径向销钉锁紧结构
圆锥定心轴向螺栓拉紧
HSK刀柄
KM刀柄
BIG-PLUS刀柄
高精度液压夹头
13.4刀具尺寸控制系统与刀具磨损、破损检测
刀具尺寸控制系统: 对已加工表面进行在线自动检测，并操纵补偿装置，补偿工件 尺寸变化，满足精度要求的系统。 一、刀具尺寸控制系统
13.4.2刀具磨损检验与控制
CZG车削类数控工具系统
第一节 对第一节 对数控刀具的 对数控刀具的要求
数控刀具
数控刀具
数控刀具
数控刀具
数控刀具
数控刀具
第一节对数控刀具的要求
1.刀具切削性能稳定可靠 2.要求刀具有很高的耐用度 3.保证可靠的卷屑断屑和排屑 4.实现刀具尺寸的预调--快速换刀和自动换刀 4. -5.数控刀具有高的精度和重复定位精度 6.具有一个比较完善的工具系统， 实现三化 7.建立刀具信息管理系统 8.应有刀具在线监控及尺寸补偿系统 9.建立切削数据库，以便合理利用机床与刀具
直接检测与监控
Hale Waihona Puke 13.4.2刀具磨损检验与控制
刀具磨损的间接测量与控制 1.以刀具寿命为判据 2.以切削力为判据 3.以表面粗糙度为判据 刀具破损的检测 光电式刀具的破损检测 气动式刀具破损检测
刀具破损的检测
思考：13-1、2、3、4
模块式镗铣类工具系统
模块式镗铣类工具系统即TMG工具系统。 组成：柄部(主柄模块)、 中间连接块(连接模块)、 工作头部(工作模块) ， 通过各种连接结构，在保证刀杆连接精度、 强度、刚性的前提下，将这三部分连接成整体。 TMG后面2位数字，第一位表示定心方式； 第二位表示锁紧方式。例如 TMG21
圆柱定心径向销钉锁紧结构
圆锥定心轴向螺栓拉紧
HSK刀柄
KM刀柄
BIG-PLUS刀柄
高精度液压夹头
13.4刀具尺寸控制系统与刀具磨损、破损检测
刀具尺寸控制系统: 对已加工表面进行在线自动检测，并操纵补偿装置，补偿工件 尺寸变化，满足精度要求的系统。 一、刀具尺寸控制系统
13.4.2刀具磨损检验与控制
CZG车削类数控工具系统
数控刀具系统及机床夹具课件
之一。智能化数控刀具系统能够实现自适应控制、自动更换等功能，提
高生产效率和产品质量。
02
数控刀具的选择与使用
数控刀具的选择原则和方法
01
02
03
根据加工需求选择
根据工件的材质、形状、 尺寸和加工精度要求，选 择合适的数控刀具类型。
考虑刀具性能
选用具有良好性能的刀具 材料和涂层，确保刀具有 足够的硬度、耐磨性和抗 冲击性。
THANKS
感谢观看
设计原则
机床夹具的设计应遵循“安全、稳定、高效、经济”的原则，确保工件的加工 精度和生产效率，同时要便于操作和维护。
设计方法
机床夹具的设计方法包括工艺分析、夹具设计、夹具制造和夹具调试等步骤， 其中工艺分析是关键环节，需对工件的加工要求、材料、结构等进行全面分析 。
机床夹具的设计实例分析
实例一
车削夹具设计：车削加工是机械制造中常用的加工方法之一，车削夹具的设计对于提高生 产效率和保证加工精度具有重要意义。设计时需考虑工件的定位、夹紧和刀具的安装等问 题。
维护保养
定期对夹具进行清洗、润滑，检查紧固件是否松动，以及更换磨损件等，以保持良好的工作状态。
常见故障排除
当夹具出现故障时，应立即停机检查，并根据故障现象分析原因，进行相应的维修措施。常见的故障 包括定位不准确、夹紧力不足、运动部件卡滞等。
机床夹具的报废与再利用
报废
当夹具达到使用寿命或因意外损坏无法修复时，应进行报废处理。报废的夹具应进行分类回收，以减少对环境的 影响。
01
02
03
04
熟悉刀具性能
使用前需充分了解刀具的性能 特点，以便更好地发挥其优势
。
合理选择切削参数
数控机床的主传动系统
03 控制应用
高速加工、精密定位
主轴驱动系统的设计与选择
设计原则
高可靠性 良好的动态响应 经济性考虑
选择因素
机床类型 加工要求 成本预算
常见类型
交流伺服驱动系统 直流传动系统 混合驱动系统
● 03
第3章 数控机床的进给传动 系统
进给传动系统的组成与作 用
进给传动系统主要包括进给驱动装置、进给传动 机构和进给系统的控制与调节三个部分。进给驱 动装置负责提供动力，进给传动机构负责传递动 力并实现所需的运动轨迹，进给系统的控制与调 节负责对整个系统的运行进行精确控制。
主传动系统是数控机床的核心部件之一，它主要 由主轴装置、传动装置、主轴驱动系统等组成， 负责传递动力并确保机床加工的精度和速度。
主轴的类型与特性
电主轴
高速、高精度
复合主轴
结合电主轴与机 械主轴特点
机械主轴
结构简单、成本 低
主轴定向控制
01 控制意义
保证加工精度
02 控制方法
光电编码器、霍尔效应
部分控制信号依赖于反馈信号
电气控制系统的故障诊断与维 护
故障诊断方法包括观察法、信号分析法、模拟法 等；故障诊断的步骤包括故障现象的观察、故障 原因的分析、故障诊断的结果等；电气控制系统 的维护措施包括定期检查、及时维修、更换故障 部件等。
● 06
第6章 总结
数控机床主传动系统的重要性和 影响因素
夹具系统的性能评价
夹具的刚度 与稳定性
夹具的刚度与稳 定性直接影响到
加工精度
夹具的重复 定位精度
夹具的重复定位 精度直接影响到
加工效率
夹具的装夹 误差
夹具的装夹误差 会导致工件加工
误差
高速加工、精密定位
主轴驱动系统的设计与选择
设计原则
高可靠性 良好的动态响应 经济性考虑
选择因素
机床类型 加工要求 成本预算
常见类型
交流伺服驱动系统 直流传动系统 混合驱动系统
● 03
第3章 数控机床的进给传动 系统
进给传动系统的组成与作 用
进给传动系统主要包括进给驱动装置、进给传动 机构和进给系统的控制与调节三个部分。进给驱 动装置负责提供动力，进给传动机构负责传递动 力并实现所需的运动轨迹，进给系统的控制与调 节负责对整个系统的运行进行精确控制。
主传动系统是数控机床的核心部件之一，它主要 由主轴装置、传动装置、主轴驱动系统等组成， 负责传递动力并确保机床加工的精度和速度。
主轴的类型与特性
电主轴
高速、高精度
复合主轴
结合电主轴与机 械主轴特点
机械主轴
结构简单、成本 低
主轴定向控制
01 控制意义
保证加工精度
02 控制方法
光电编码器、霍尔效应
部分控制信号依赖于反馈信号
电气控制系统的故障诊断与维 护
故障诊断方法包括观察法、信号分析法、模拟法 等；故障诊断的步骤包括故障现象的观察、故障 原因的分析、故障诊断的结果等；电气控制系统 的维护措施包括定期检查、及时维修、更换故障 部件等。
● 06
第6章 总结
数控机床主传动系统的重要性和 影响因素
夹具系统的性能评价
夹具的刚度 与稳定性
夹具的刚度与稳 定性直接影响到
加工精度
夹具的重复 定位精度
夹具的重复定位 精度直接影响到
加工效率
夹具的装夹 误差
夹具的装夹误差 会导致工件加工
误差
数控刀具系统PPT课件
CHENLI
21
陶瓷刀具
不仅能对高硬度材料进行粗、精加工，也可 进行铣削、刨削、断续切削和毛坯拔荒粗车等 冲击力很大的加工；
可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的 高硬材料；
刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍， 减少了加工中的换刀次数；
可进行高速切削或实现“以车、铣代磨”， 切削效率比传统刀具高3-10倍。
2021/3/7
数 控 刀 具 系 统
CHENLI
1
➢数控刀具的基本特点 ➢数控刀具的材料 ➢数控刀具合理选用 ➢可转位车刀的选用 ➢旋转刀具的选择 ➢工具系统选择
2021/3/7
CHENLI
2
1 数控机床刀具的特点
数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和 自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用 连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在 机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控 刀具的分类有多种方法。
刀 的
菱形和圆形刀片； 在机床刚性、功率允 许的条件下，大余量、
选 用
粗加工应选择刀尖角 较大的刀片，反之选 择刀尖角较小的刀片。
根据加工轮廓 选择刀片形状
2021/3/7
CHENLI
30
4 可转位刀具的选用
山特维克可乐满车刀的夹紧方式选择
2021/3/7
CHENLI
31
可乐满刀片槽形
TF
2021/3/7
缺少的重要手段。
2021/3/7
CHENLI
23
超硬刀具 加工实例
加工模具示意图
高速加工切削参数
毛坯尺寸 和材料
60X60X50 （HRC60）
使用刀具
R1X8 （CBN）
主轴转速 (r/min)
第章数控刀具及其工具系统课件
第一节 对数控刀具的特殊要求 第二节 刀具快换、自动更换和尺寸预调 第三节 数控刀具的工具系统 第四节 刀具尺寸控制系统与刀具磨损,破损检测
图11-1 更换刀头模块
图11-2 更换刀夹
图11-3 手动换刀
图11-4 转塔刀架自动换刀
图11-5 利用刀库和机床运动来自动换刀
图11-6 利用刀库和机械手自动换刀过程
图11-25 表面粗糙度与刀具磨损的关系
图11-26 激光检测工件表面粗糙度
1 —参考探测器 2—激光发生器
3—斩波器 4—测量探测器
图11-27 光电式检测装置
1 —光源
2—钻头
3—光敏元件
图11-28 气动式检测装置
1 —钻头
2—气动压力开关
3—喷嘴பைடு நூலகம்
2—固定螺钉 3—锥端滑销 4—紧固螺钉
图11-17 圆锥定心轴向螺栓拉紧式工具系统
图11-18 在高速运转中离心力使主轴锥孔扩张
图11-19 HSK刀柄与主轴连接结构与工作原理
1 — HSK刀柄
2—主轴
图11-20 HSK整体式镗铣类工具系统
图11-21 BiG-plus刀柄（图上半部）与BT刀柄（图下半部）的比较
图11-12 CZG车削类数控工具系统安装和夹紧
图11-13 Sandvik模块式车削工具系统 1 —带有椭圆三角短锥接柄的刀头模块 2—刀柄 3—可涨开涨环 4—拉杆
图11-14 TSG82工具系统图
图11-15 TMG21模块式镗铣类工具系统
图11-16 圆柱定心径向销钉锁紧工具系统
1 —定心销
图11-22 高精度液压夹头 1 —加压螺栓 2—油腔 3—油腔内壁 4—装刀孔 5—刀具
图11-1 更换刀头模块
图11-2 更换刀夹
图11-3 手动换刀
图11-4 转塔刀架自动换刀
图11-5 利用刀库和机床运动来自动换刀
图11-6 利用刀库和机械手自动换刀过程
图11-25 表面粗糙度与刀具磨损的关系
图11-26 激光检测工件表面粗糙度
1 —参考探测器 2—激光发生器
3—斩波器 4—测量探测器
图11-27 光电式检测装置
1 —光源
2—钻头
3—光敏元件
图11-28 气动式检测装置
1 —钻头
2—气动压力开关
3—喷嘴பைடு நூலகம்
2—固定螺钉 3—锥端滑销 4—紧固螺钉
图11-17 圆锥定心轴向螺栓拉紧式工具系统
图11-18 在高速运转中离心力使主轴锥孔扩张
图11-19 HSK刀柄与主轴连接结构与工作原理
1 — HSK刀柄
2—主轴
图11-20 HSK整体式镗铣类工具系统
图11-21 BiG-plus刀柄（图上半部）与BT刀柄（图下半部）的比较
图11-12 CZG车削类数控工具系统安装和夹紧
图11-13 Sandvik模块式车削工具系统 1 —带有椭圆三角短锥接柄的刀头模块 2—刀柄 3—可涨开涨环 4—拉杆
图11-14 TSG82工具系统图
图11-15 TMG21模块式镗铣类工具系统
图11-16 圆柱定心径向销钉锁紧工具系统
1 —定心销
图11-22 高精度液压夹头 1 —加压螺栓 2—油腔 3—油腔内壁 4—装刀孔 5—刀具
第一章数控铣床数控铣床用途十分广泛，不仅可以加工各种平面、沟槽...
第一章数控铣床数控铣床用途十分广泛，不仅可以加工各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面和孔，而且还能加工各种平面曲线和空间曲线等复杂型面，适合于各种模具、凸轮、板类及箱体类零件的加工。
第一节数控铣床的分类数控铣床的分类方法与通用机床类似，通常可以分为立式数控铣床、卧式数控铣床、立卧两用数控铣床。
一、立式数控铣床立式数控铣床的应用范围在数控铣床中最为广泛。
立式数控铣床主要用于水平面内的型面加工，增加数控分度头后，可在圆柱表面加工曲线沟槽。
小型立式数控铣床与普通立式升降台铣床的工作原理相差不大，机床的工作台可以自由移动，但是升降台和主轴固定不动；中型立式数控铣床的工作台通常可以纵向和横向移动，主轴可沿垂直方向的溜板上下移动；大型立式数控铣床在设计过程中通常要考虑扩大行程、缩小占地面积以及刚性等技术上的问题，所以往往采用龙门架移动式，主轴可在龙门架的横向和垂向方向的溜板上移动，龙门架床身纵向移动。
从数控系统控制的坐标数量来分，立式数控铣床可分为2.5坐标数控立式铣床、3坐标数控立式铣床、4坐标数控立式铣床和5坐标数控立式铣床。
目前3坐标数控立式铣床应用最广，可进行3坐标联动加工。
部分机床3个坐标中只能进行任意2个坐标联动加工，通常这种机床成为2.5坐标数控立式铣床。
所谓4坐标数控立铣和5坐标数控立铣，是指机床除了3个坐标可以联动加工外，机床主轴还可以绕3个坐标轴中的一个或两个轴作摆角运动。
图1－1是一台3坐标数控立式铣床。
图1－1 三坐标数控立式铣床一般来说，机床控制的坐标轴越多，尤其是要求联动的坐标轴越多，机床的功能就越齐全，机床的加工范围和加工对象也就越广，但是与之对应的机床结构和数控系统更加复杂，编程难度更大，设备更加昂贵。
为了提高数控立铣的生产效率，通常可以采用自动交换工作台，这样的结构大大减少零件装卸的辅助工作时间。
除此之外，还可以通过附加数控转盘、增加靠模装置、采用气动或液压的多工位夹具等方法来提高数控立铣的生产效率。
11 数控刀具及其工具系统
20
容屑槽圆弧半径r=2-5mm。当立铣刀直径较大时，还可制 成不等齿距结构，以增强抗振作用，使切削过程平稳。
标准立铣刀的螺旋角β为40º ～45º (粗齿)和30º ～35º (细齿)，套式结构立铣刀的β为15º ～25º 。 直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。Φ2～Φ71 mm 的立铣刀制成直柄；Φ6～Φ 63 mm的立铣刀制成莫氏 锥柄；Φ25～Φ80 mm的直铣刀做成7：24锥柄，内有螺 孔用来拉紧刀具。但是由于数控机床要求铣刀能快速自 动装卸，故立铣刀柄部形式也有很大不同，一般是由专 业厂家按照一定的规范设计制造成统一形式、统一尺寸 的刀柄。直径为Φ40～ Φ160的立铣刀可做成套式结构。
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机夹可转位刀具在固定不重磨刀片时通常采用螺钉、 螺钉压板、杠销或楔块等结构。（如图10-15）
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常用外圆可转位车刀类型如图10—16所示。
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车刀上的硬质合金可转位刀片按(GB／12076 1987）规定有： 等边等角(如正方形、正三角形、正五边形等)、 等边不等角(如菱形)、 等角不等边(如矩形)、 不等角不等边(如平行四边形) 圆形等5种（如图10—17所示）
17
除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及 排屑性能等也非常重要。切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣 削中是十分忌讳的。总之，根据被加工工件材料的热处 理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高 的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意加 工质量的前提。 2．铣刀的种类
铣刀种类很多，这里只介绍几种在数控机 床上常用的铣刀。 (1)面铣刀如图10-21所示，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，刀齿材料为高速钢或硬质含金， 刀体为40Cr。
第一章数控铣床概述
图1-1 数控铣床
图1-2 加工中心
第一节 数控铣床（加工中心）的组成和工作原理 一 、数控铣床（加工中心）的 数控铣床（加工中心）大体由输入装臵、数 控装臵、伺服系统、检测及其辅助装臵和机床本 体等组成。 1、输入装臵 数控程序编制后需要存储在一定的介质上， 按目前的控制介质大致分为纸介质和电磁介质， 相应地通过不同方法输入到数控装臵中去。纸带 输入方法，即在专用的纸带上穿孔，用不同孔的 位臵组成数控代码，再通过纸带阅读机将代表不 同含义的信息读入。手动输入是将数控程序通过 数控机床上的键盘输入，程序内容将存储在数控 系统的存储器内，使用时可以随时调用。
伺服系统接收数控装臵输出的各种信号，经 过分配、放大、转换等功能，驱动各运动部件， 完成零件的切削加工。 4、检测装臵 位臵检测、速度反馈装臵根据系统要求不断 测定运动部件的位臵或速度，转换成电信号传 输到数控装臵中，与目标信号进行比较、运算， 进行控制。 5、运动部件 由包括床身、主轴箱、工作台、进给机构等 组成的机械部件，伺服电机驱动运动部件运动， 完成工件与刀具之间的相对运动。
基础篇 数控铣床（加工中心）的编程 第一章 数控铣床（加工中心）概述
数控铣床是主要采用铣削方式加工零件的 数控机床，它能够进行外形轮廓铣削、平面 或曲面型腔铣削及三维复杂型面的铣削，如 凸轮、模具、叶片等，另外数控铣床还具有 孔加工的功能，通过特定的功能指令可进行 一系列孔的加工，如钻孔、扩孔、铰孔、镗 孔和攻丝等，如图1-1所示。
第二节 数控铣床（加工中心）的分类和特点 数控机床加工与普通机床有着一定的区别： １）工序集中 数控机床一般带有可以自动换 刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自动进行 ，因此，工序比较集中，减少机床占地面积，节 约厂房，同时减少或没有中间环节（如半成品的 中间检测、暂存搬运等），既省时间又省人力。 ２）自动化程度高 数控机床加工时，不需人 工控制刀具，自动化程度高，对操作工人的要求 降低。数控操作工在数控机床上加工出的零件比 普通工在传统机床上加工出的零件精度高，而且 省时、省力，降低了工人的劳动强度。
第五章 刀具储运及管理系统
如图5-15
把工具系统的柄部和工作部分分开，制成主柄模 块、中间模块和工作模块三大系列化模块。编号含 义见教材p219。
图5-14 TSG82工具系统图
图5-15 TMG21模块式镗铣类工具系统
3.高速铣削用工具系统 可靠定位提高联 接刚度、精度和动 平衡。如图5-19
图5-18 在高速运转中离心力使主轴锥孔扩张
图5-6 利用刀库和机械手自动换刀
（二）数控刀具尺寸预调
1.数控刀具尺寸的预调方法
刀具的轴向和径向尺寸的调整方法可根据刀具结 构及其所配制工具系统，可采用多种方法预调，见 表5-1。
刀具尺寸调整方法 轴向 位置 用调节螺母 用调节螺钉 表 51 常 用 刀 具 尺 寸 调 整 结 构 和 方 法
图 可转位车刀刀片与夹固元件
二、数控刀具的工具系统 （一）车削类数控工具系统
图5-11 CZG车削类数控工具系统 a）非动力刀夹组合形式 b）动力刀夹组合形式
（二）镗削类数控工具系统
1.整体式镗铣类工具系统（TSG）
如图5-14
这类工具系统的柄部与夹持刀具的工作部分连成 一体，不同品种和规格的工作部分都必须带有与机 床主轴联接的柄部。编号含义见教材p216、p218。 2.模块式镗铣类工具系统（TMG）
不论采用哪种形式，刀库中除了配置至少一把各 种所需刀具外，还要考虑为了保证连续加工所需的 替换刀具。这就存在刀具储存策略问题。
为了不失一般性，下面以三台相同加工中心组成 的柔性制造单元为例，分析四种不输送。假 设每台加工中心有一个固定式刀库，容量为6把刀具。
30 倍等。测量精度受光屏的质量、测量技巧、视觉
误差等因素的影响，其测量精度在0.005mm左右。这 种测量不太直观，但可以综合检查刀刃质量。
把工具系统的柄部和工作部分分开，制成主柄模 块、中间模块和工作模块三大系列化模块。编号含 义见教材p219。
图5-14 TSG82工具系统图
图5-15 TMG21模块式镗铣类工具系统
3.高速铣削用工具系统 可靠定位提高联 接刚度、精度和动 平衡。如图5-19
图5-18 在高速运转中离心力使主轴锥孔扩张
图5-6 利用刀库和机械手自动换刀
（二）数控刀具尺寸预调
1.数控刀具尺寸的预调方法
刀具的轴向和径向尺寸的调整方法可根据刀具结 构及其所配制工具系统，可采用多种方法预调，见 表5-1。
刀具尺寸调整方法 轴向 位置 用调节螺母 用调节螺钉 表 51 常 用 刀 具 尺 寸 调 整 结 构 和 方 法
图 可转位车刀刀片与夹固元件
二、数控刀具的工具系统 （一）车削类数控工具系统
图5-11 CZG车削类数控工具系统 a）非动力刀夹组合形式 b）动力刀夹组合形式
（二）镗削类数控工具系统
1.整体式镗铣类工具系统（TSG）
如图5-14
这类工具系统的柄部与夹持刀具的工作部分连成 一体，不同品种和规格的工作部分都必须带有与机 床主轴联接的柄部。编号含义见教材p216、p218。 2.模块式镗铣类工具系统（TMG）
不论采用哪种形式，刀库中除了配置至少一把各 种所需刀具外，还要考虑为了保证连续加工所需的 替换刀具。这就存在刀具储存策略问题。
为了不失一般性，下面以三台相同加工中心组成 的柔性制造单元为例，分析四种不输送。假 设每台加工中心有一个固定式刀库，容量为6把刀具。
30 倍等。测量精度受光屏的质量、测量技巧、视觉
误差等因素的影响，其测量精度在0.005mm左右。这 种测量不太直观，但可以综合检查刀刃质量。
第1章 数控机床概论
第1章数控机床概述学习目标：数控机床是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。
本章主要讲述数控机床的基本概念、数控机床的分类以及数控机床的技术与发展水平等。
本章要求理解并掌握数控机床的基本概念和分类，了解数控技术的发展趋势以及以数控机床为基础的自动化生产系统的发展。
1.1 数控机床的基本概念1.1.1 数控机床及其特点数控（Numerical Control，NC）——数字控制，用数字和符号构成的数字化信息自动控制机床运转的技术。
数控机床（Numerically Controlled Machine Tool ）——采用了数控技术的机床。
数控机床是一种高效、新型的自动化机床，具有广泛的应用前景。
它与普通机床相比具有以下特点：（1）适应性、灵活性好（2）精度高、质量稳定（3）生产效率高（4）劳动强度低、劳动条件好（5）有利于现代化生产和管理（6）使用、维护技术要求高1.1.2 数控机床的组成数控机床的种类很多，但任何一种数控机床主要由控制介质、数控系统、伺服系统和机床主体四部分组成，如图1-1所示。
此外数控机床还有许多辅助装置，如自动换刀装置，自动工作台交换装置自动对刀仪，自动排屑装置及电、液、气、冷却、润滑、防护等装置。
图1-1 数控机床的组成（1）控制介质是指将零件加工信息传送到控制装置中去的程序载体。
（2）数控系统是数控机床的核心。
（3）伺服系统是数控系统的执行机构之一，执行由CNC装置输出的运动指令。
（4）机床主体也称主机，它包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件。
（5）辅助装置是数控机床在实现整机的自动化控制中，为了提高生产效率、加工精度、还需要配备许多辅助装置，如液压和气动装置、自动换刀装置、自动工作台交换装置、自动对刀装置、自动排屑装置等。
1.1.3 数控机床的工作过程如图1-2所示，数控机床的加工，首先要将被加工零件图样上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将加工程序输入到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过处理与计算后，发出相应的控制命令，再通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而完成零件的加工。
第1章 数控机床概述(PPT)
数控机床 的组成
(shù kònɡ jī chuánɡ)
数控机床加工的根本工作原理
数控机床加工特点
数控机床的应用范围
第三页，共七十六页。
数控机床的工作 原理 (gōngzuò)
数控：数字控制〔Numerical Control—NC〕，在机床 领域指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制 的一种自动化技术。它所控制的一般是位置、角度、速 度等机械量，但也有温度、流量、压力等物理量。
第八页，共七十六页。
数控机床 的组成 (shù kònɡ jī chuánɡ)
数控系统的工作过程 n 对输入的零件加工程序、控制参数、补偿
数据等进行识别和译码，并执行所需要的 逻辑运算，发出(fāchū)相应的指令脉冲，控 制机床的驱动装置，操作机床实现预期的 加工功能。
第九页，共七十六页。
数控机床 的组成 (shù kònɡ jī chuánɡ)
第1章 数控机床 概述 (shù kònɡ jī chuánɡ)
第一页，共七十六页。
数控机床 概述 (shù kònɡ jī chuánɡ)
数控机床的工作(gōngzuò)原理 数控机床分类 数控插补原理 数控机床开展概况
第二页，共七十六页。
1.1 数控机床 的工作原 (shù kònɡ jī chuánɡ) 理
数控机床：它是一种灵活、通用、能够适应产品频繁 (pínfá n)变化的柔性自动化机床。
第四页，共七十六页。
一、数控机床 的组成 (shù kònɡ jī chuánɡ)
数控机床主要由机床本体、数控系统、驱动(qū dònɡ)装置、辅 助装置等几个局部组成。
机床本体：是数控机床加工运动的机械局部，主要包括支承部 件〔床身、立柱〕等、主动部件〔主轴箱〕、进给运动部件 〔工作台滑板、刀架〕等。
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1 — HSK刀柄
2—主轴
图11-20 HSK整体式镗铣类工具系统
图11-21 BiG-plus刀柄（图上半部）与BT刀柄（图下半部）的比较
图11-22 高精度液压夹头 1 —加压螺栓 2—油腔 3—油腔内壁 4—装刀孔 5—刀具
图11-23 镗孔尺寸控制系统
a)尺寸控制系统工作原理
1—已加工工件 2—测头 3—控制装置 4—补偿装置
6—镗刀
7—待加工工件
b）拉杆一摆块式补偿装置
1—镗刀
2—摆块
3—拉杆
5—镗头
图11-24 镗刀磨损测量 1 —参考表面 2—磨损传感器 3—测量装置 4—刀具触头
图11-25 表面粗糙度与刀具磨损的关系
图11-26 激光检测工件表面粗糙度
1 —参考探测器 2—激光发生器
3—斩波器 4—测量探测器
图11-14 TSG82工具系统图
图11-15 TMG21模块式镗铣类工具系统
图11-16 圆柱定心径向销钉锁紧工具系统
1 —定心销
2—固定螺钉 3—锥端滑销 4—紧固螺钉
图11-17 圆锥定心轴向螺栓拉紧式工具系统
图11-18 在高速运转中离心力使主轴锥孔扩张
图11-19 HSK刀柄与主轴连接结构与工作原理
第十一章 数控刀具及其工具系统
随着各类数控机床使用日益增多，数控刀具 已被逐渐广泛使用。
本章主要介绍各类可转位刀具在数控机床上 使用，应具有的许多特殊的要求，主要有刀具快 换、尺寸预调、自动更换等特点。数控刀具及其 装夹刀具系统均有各国标准。介绍了德国、瑞典 的车削工具系统，我国制定的铣镗类工具系统及 其先进的模块式工具系统，并介绍德国和日本的 刀柄与机床连接形式。
a)四方刀架
图11-9 常见数控车床刀架形式
b）径向装刀盘形刀架
c）轴向装刀盘形刀架
图11-10 动力驱动的钻夹头
图11-11 CZG车削类数控工具系统（DIN69880）
a)非动力刀夹组合形式
b）动力刀夹组合形式
图11-12 CZG车削类数控工具系统安装和夹紧
图11-13 Sandvik模块式车削工具系统 1 —带有椭圆三角短锥接柄的刀头模块 2—刀柄 3—可涨开涨环 4—拉杆
对于数控刀具在数控机床上的尺寸控制系统， 刀具磨损、破损检测及监控也作了一般性介绍刀
图11-4 转塔刀架自动换刀
图11-5 利用刀库和机床运动来自动换刀
图11-6 利用刀库和机械手自动换刀过程
图11-7 光学测量式刀具预调仪
图11-8 刀具预调仪的测量、控制功能模块图
图11-27 光电式检测装置
1 —光源
2—钻头
3—光敏元件
图11-28 气动式检测装置
1 —钻头
2—气动压力开关
3—喷嘴