金属切削原理与刀具自动化加工刀具.pptx
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4）利用刀头张开的方式进行微量补偿，多用于铰刀的补 偿。
表12.1 刀具补偿方式
刀具补偿方 式
图示
应用
移动 刀
具
镗刀 车刀
摆动
镗刀
刀夹变 位形 移 刀头张
开
镗杆变位
常用于镗刀自动补 偿装置
拉刀
常用于镗刀自动补 偿装置
三、尺寸自动补偿系统
1.尺寸自动补偿系统
在自动化加工中，对于精加工，多采用加工过程中 的尺寸控制系统，即尺寸自动误差补偿系统来提高加工 精度和刀具耐用度。
2.尺寸自动补偿系统的分类 直接补偿和间接补偿
直接补偿：以工件的实测误差为依据进行误差补 偿来提高加工精度
间接补偿：仅对机床执行部件的位置坐标误差进 行补偿
大部分为间接补偿
四、尺寸补偿执行装置
由于尺寸补偿系统都是用于精加工的，补偿量又是 微量的，要达到补偿的效果，关键在于补偿装置的工作 性能。它的基本要求有：
五、补偿执行装置结构
1.一种车床加工用补偿刀架
车刀2安装在刀架3上，4为压电晶体补偿元件。 这种刀架的补偿原理是利用某些压电晶体的电 伸缩特性，在直流电压（一般为0～300V）作用下， 补偿元件4伸长，使刀架体3产生弹性变形带动车刀 向左移一个微位移，达到尺寸补偿目的。 补偿量要根据所用压电晶体的电压和位移关系 而定。
六、各种必要的刀具工作状态检测装置
⒈意义： 生产过程中往往会由于一些偶然性因素，诸 如刀具或刀片、以及工件材料上的一些缺陷造成 刀具的突然崩刃或折断，这时就必须及时报警。
2.原理：
随时将刀具状态（磨损或破损）的监测结果
Βιβλιοθήκη Baidu
输入计算机，及时发出调整或更换刀具的指令，
以保证工作循环的正常进行与加工质量
3.要求：
制作：卫彩绒
12.1 自动线刀具
12.1.1 自动线刀具要求
1.要求：
自动线生产率高、辅助时间少
2.特点：
1．切削性能稳定可靠 2．可靠的断屑和卷屑 3．应具有高的精度 4．精确而迅速的调整 5．快速或自动更换 6．各种必要的刀具工作状态检测装置 7．复合程度高 8．标准化、系列化和通用化
一、切削性能稳定可
靠 ⒈要求：
具有高的硬度，足够的强度和韧性以及较 好的耐磨性和热硬性。
2.评价指标：
P
1)尺寸耐用度指标T
尺寸耐用度是指刀具在两次调整之间所能加工出 的符合尺寸精度的合格零件数量或相应的加工时间.
2)可靠性指标Tp 规定可靠度P≥0.9（即90%）时刀具的切削时间
如T0.9=1小时，表示刀具耐用度为1小时其可靠
⒈意义： 减少因换刀而造成的停机时间
2.方法：
（1）机外调整刀具
在预调室内把刀具的相对尺寸调整好， 然后再装到机床上，使之能与机床快速、 准确地接合和脱开，并能适应机械手或机 器人的操作。
（2）采用耐用度计数器
按规定耐用度定时更换刀具(即是在
自动线的自动循环过程中换刀)
3.因此：
联接刀具的刀柄、刀杆、接杆和装夹刀头的刀夹，已 发展成工具系统。
所谓尺寸误差系统，是对加工过程中的工件已加工 表面尺寸进行自动误差检测和处理，使之转化为控制信 息，以控制补偿执行装置，使刀具按预定的数值产生径 向微量位移，以补偿刀具磨损等原因所造成工件尺寸的 变化，从而提高加工精度。
尺寸补偿系统是由自动测量装置、控制装置和补偿 执行装置三部分组成
图12.1 车刀尺寸自动补偿系统图
1）能保证补偿精度与补偿范围。 2）具有良好的频率响应特性和良好的线性与稳定性。 3）具有足够的刚度。 4）装置应结构紧凑，组成的零件尽可能少，所占空间小，以利于 装置的合理布置。 5）要防止由于切削液或切屑的干扰所造成的不得影响。 6）具有控制简单、成本低廉的特点。
实现：
把刀具安装在补偿执行装置的可动件上，或者把补偿运动 直接传递给工件而不经过中间环节
2）刀具切削部分的几何尺寸变化要小，刀杆和刀片反复装 卸也应能保持精度稳定。
3）装刀片的刀杆的加工精度也应提高。或者选用精化刀具， 以保证高要求的刀尖位置精度。
四、精确而迅速的调整
为了保证工件尺寸在预定的公差范围内，必须对刀具 及时进行调整。为了减少调整时间，这种调整应当是简便 迅速的。
五、快速或自动更换
12.2 补偿刀架
2.一种镗刀压电晶体补偿装置
镗刀7利用螺钉10固定在套筒8中，螺钉11用于调整镗刀位置。 通交流电或脉冲直流电时，压电晶体管3在每个交流电的正半波 （或脉冲直流电的每一个脉冲）时伸长，克服弹性涨套5与压板6之 间的碟形弹簧9的弹力，将固定镗刀的套筒顶出，使镗刀获得径向 微量位移。在每个交流电的负半波（或脉冲直流电的两脉冲之间） 时，压电晶体管3缩短。但由于圆柱弹簧1的作用，楔块2随时间向 左移动,顶紧缩短了的压电晶体管3，因而镗刀不会退回，完成补偿 作用。如果持续通电，则镗刀继续作径向微量位移，补偿量决定于 持续通电时间。当镗刀已经磨损到必须换刀时，则将所有调整元件 重新复位待用。
1）能够补偿由于刀具磨损而造成工件径向尺寸的变化，刀具 材料可充分利用；
2）加快调整速度，大大减少循环外的时间损耗，提高机床负 荷率；
3）提高调整精度，从而可大大缩小工件径向尺寸分布区； 4）对刀具或刀片的制造精度的要求可以降低，从而降低了制 造成本； 5）如果把测量装置与补偿装置接合起来，并使其自动化，便 可实现刀具的自动补偿功能。
性为90%
二、可靠的断屑和卷屑
⒈意义：
不影响刀具的寿命， 不妨碍自动线的工作循环， 不妨碍切削液的浇注， 不擦伤加工表面， 不影响零件的输送和定位等。
2.方法：
⑴采用断屑块和断屑槽； ⑵采用特殊形状的容屑槽断屑； ⑶有高压切削液强迫断屑； ⑷利用振动和间断切削断屑等 。
三、应具有高的精度
1）刀具及其装夹结构也必须具有很高的精度，能保证在机 床上的安装精度（通常在0.005mm以内）和重复定位精度。
二、刀具补偿方式的分类 ：
1.位移和变位两种主要方式 （见表12.1）
2.按刀具位移方式补偿又可分为四类：
1）利用刀具直线运动进行补偿，常见于镗刀和车刀的补 偿；
2）利用刀具摆动，使刀具的刀尖产生径向微量位移补偿 ，可用于镗刀的补偿；
3）利用刀夹弹性变形，使刀具的刀尖产生径向微量位移 来进行补偿。常用于镗刀的自动补偿；
该装置的性能必须稳定可靠，防止意外事故，避 免不必要的损失。
七、复合程度高
⒈意义：
减少刀具数量，降低刀具管理难度。
提高生产效率，保证加工精度。
2.方法：
如钻-扩、扩-铰、扩-镗等
八、标准化、系列化和通用化
有利于编排加工程序和刀具的管理
12.1.2 自动化加工中刀具尺寸的补偿方法
一、刀具尺寸补偿的优点：
表12.1 刀具补偿方式
刀具补偿方 式
图示
应用
移动 刀
具
镗刀 车刀
摆动
镗刀
刀夹变 位形 移 刀头张
开
镗杆变位
常用于镗刀自动补 偿装置
拉刀
常用于镗刀自动补 偿装置
三、尺寸自动补偿系统
1.尺寸自动补偿系统
在自动化加工中，对于精加工，多采用加工过程中 的尺寸控制系统，即尺寸自动误差补偿系统来提高加工 精度和刀具耐用度。
2.尺寸自动补偿系统的分类 直接补偿和间接补偿
直接补偿：以工件的实测误差为依据进行误差补 偿来提高加工精度
间接补偿：仅对机床执行部件的位置坐标误差进 行补偿
大部分为间接补偿
四、尺寸补偿执行装置
由于尺寸补偿系统都是用于精加工的，补偿量又是 微量的，要达到补偿的效果，关键在于补偿装置的工作 性能。它的基本要求有：
五、补偿执行装置结构
1.一种车床加工用补偿刀架
车刀2安装在刀架3上，4为压电晶体补偿元件。 这种刀架的补偿原理是利用某些压电晶体的电 伸缩特性，在直流电压（一般为0～300V）作用下， 补偿元件4伸长，使刀架体3产生弹性变形带动车刀 向左移一个微位移，达到尺寸补偿目的。 补偿量要根据所用压电晶体的电压和位移关系 而定。
六、各种必要的刀具工作状态检测装置
⒈意义： 生产过程中往往会由于一些偶然性因素，诸 如刀具或刀片、以及工件材料上的一些缺陷造成 刀具的突然崩刃或折断，这时就必须及时报警。
2.原理：
随时将刀具状态（磨损或破损）的监测结果
Βιβλιοθήκη Baidu
输入计算机，及时发出调整或更换刀具的指令，
以保证工作循环的正常进行与加工质量
3.要求：
制作：卫彩绒
12.1 自动线刀具
12.1.1 自动线刀具要求
1.要求：
自动线生产率高、辅助时间少
2.特点：
1．切削性能稳定可靠 2．可靠的断屑和卷屑 3．应具有高的精度 4．精确而迅速的调整 5．快速或自动更换 6．各种必要的刀具工作状态检测装置 7．复合程度高 8．标准化、系列化和通用化
一、切削性能稳定可
靠 ⒈要求：
具有高的硬度，足够的强度和韧性以及较 好的耐磨性和热硬性。
2.评价指标：
P
1)尺寸耐用度指标T
尺寸耐用度是指刀具在两次调整之间所能加工出 的符合尺寸精度的合格零件数量或相应的加工时间.
2)可靠性指标Tp 规定可靠度P≥0.9（即90%）时刀具的切削时间
如T0.9=1小时，表示刀具耐用度为1小时其可靠
⒈意义： 减少因换刀而造成的停机时间
2.方法：
（1）机外调整刀具
在预调室内把刀具的相对尺寸调整好， 然后再装到机床上，使之能与机床快速、 准确地接合和脱开，并能适应机械手或机 器人的操作。
（2）采用耐用度计数器
按规定耐用度定时更换刀具(即是在
自动线的自动循环过程中换刀)
3.因此：
联接刀具的刀柄、刀杆、接杆和装夹刀头的刀夹，已 发展成工具系统。
所谓尺寸误差系统，是对加工过程中的工件已加工 表面尺寸进行自动误差检测和处理，使之转化为控制信 息，以控制补偿执行装置，使刀具按预定的数值产生径 向微量位移，以补偿刀具磨损等原因所造成工件尺寸的 变化，从而提高加工精度。
尺寸补偿系统是由自动测量装置、控制装置和补偿 执行装置三部分组成
图12.1 车刀尺寸自动补偿系统图
1）能保证补偿精度与补偿范围。 2）具有良好的频率响应特性和良好的线性与稳定性。 3）具有足够的刚度。 4）装置应结构紧凑，组成的零件尽可能少，所占空间小，以利于 装置的合理布置。 5）要防止由于切削液或切屑的干扰所造成的不得影响。 6）具有控制简单、成本低廉的特点。
实现：
把刀具安装在补偿执行装置的可动件上，或者把补偿运动 直接传递给工件而不经过中间环节
2）刀具切削部分的几何尺寸变化要小，刀杆和刀片反复装 卸也应能保持精度稳定。
3）装刀片的刀杆的加工精度也应提高。或者选用精化刀具， 以保证高要求的刀尖位置精度。
四、精确而迅速的调整
为了保证工件尺寸在预定的公差范围内，必须对刀具 及时进行调整。为了减少调整时间，这种调整应当是简便 迅速的。
五、快速或自动更换
12.2 补偿刀架
2.一种镗刀压电晶体补偿装置
镗刀7利用螺钉10固定在套筒8中，螺钉11用于调整镗刀位置。 通交流电或脉冲直流电时，压电晶体管3在每个交流电的正半波 （或脉冲直流电的每一个脉冲）时伸长，克服弹性涨套5与压板6之 间的碟形弹簧9的弹力，将固定镗刀的套筒顶出，使镗刀获得径向 微量位移。在每个交流电的负半波（或脉冲直流电的两脉冲之间） 时，压电晶体管3缩短。但由于圆柱弹簧1的作用，楔块2随时间向 左移动,顶紧缩短了的压电晶体管3，因而镗刀不会退回，完成补偿 作用。如果持续通电，则镗刀继续作径向微量位移，补偿量决定于 持续通电时间。当镗刀已经磨损到必须换刀时，则将所有调整元件 重新复位待用。
1）能够补偿由于刀具磨损而造成工件径向尺寸的变化，刀具 材料可充分利用；
2）加快调整速度，大大减少循环外的时间损耗，提高机床负 荷率；
3）提高调整精度，从而可大大缩小工件径向尺寸分布区； 4）对刀具或刀片的制造精度的要求可以降低，从而降低了制 造成本； 5）如果把测量装置与补偿装置接合起来，并使其自动化，便 可实现刀具的自动补偿功能。
性为90%
二、可靠的断屑和卷屑
⒈意义：
不影响刀具的寿命， 不妨碍自动线的工作循环， 不妨碍切削液的浇注， 不擦伤加工表面， 不影响零件的输送和定位等。
2.方法：
⑴采用断屑块和断屑槽； ⑵采用特殊形状的容屑槽断屑； ⑶有高压切削液强迫断屑； ⑷利用振动和间断切削断屑等 。
三、应具有高的精度
1）刀具及其装夹结构也必须具有很高的精度，能保证在机 床上的安装精度（通常在0.005mm以内）和重复定位精度。
二、刀具补偿方式的分类 ：
1.位移和变位两种主要方式 （见表12.1）
2.按刀具位移方式补偿又可分为四类：
1）利用刀具直线运动进行补偿，常见于镗刀和车刀的补 偿；
2）利用刀具摆动，使刀具的刀尖产生径向微量位移补偿 ，可用于镗刀的补偿；
3）利用刀夹弹性变形，使刀具的刀尖产生径向微量位移 来进行补偿。常用于镗刀的自动补偿；
该装置的性能必须稳定可靠，防止意外事故，避 免不必要的损失。
七、复合程度高
⒈意义：
减少刀具数量，降低刀具管理难度。
提高生产效率，保证加工精度。
2.方法：
如钻-扩、扩-铰、扩-镗等
八、标准化、系列化和通用化
有利于编排加工程序和刀具的管理
12.1.2 自动化加工中刀具尺寸的补偿方法
一、刀具尺寸补偿的优点：