数控车削工具系统的发展

数控车削工具系统的发展

李艳霞1,王晓明2

(1.南京交通职业技术学院机电系,江苏南京　210032;2.大连理工大学机械学院,辽宁大连　116024)

摘　要:介绍数控车床工具系统的作用,圆柱柄及通用型车削工具系统的发展,国外更换刀具头部的车削工具系统:BTS工具系统、FTS工具系统、GAPT0工具系统。

关键词:数控车床;工具系统;圆柱柄;通用型;刀具头部

中图分类号:TG659 文献标识码:A 文章编号:1007-4414(2004)05-0019-02

数控车床的刀具必须有稳定的切削性能,能够经受较高的切削速度,能稳定地断屑和卷屑,能快速更换且能保证较高的换刀精度为达到上述要求,数控车床也应像数控铣床一样,有一较为完善的工具系统。

数控车床工具系统是车床刀架与刀具之间的连接环节(包括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。它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。

数控车床用工具系统主要由2部分组成:一部分是刀具;另一部分是刀夹(夹刀器)更为完善的工具系统还包括自动换刀装置刀库、刀具识别装置和刀具自动检测装置。

1　通用型数控车削工具系统的发展[1]

数控车床的刀架有多种形式,且各公司生产的车床其刀架结构各不相同,所以各种数控车床所配的工具系统也各不相同。一般是把系列化、标准化的精化刀具应用到不同的转塔刀架或快换刀架上,以达到快速更换的目的。

1.1　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(ISO1889),目前我国等效采用的国家标准也正在制订中,见图1。

DIN69880和ISO10889,两者的主要区别有:

(1)ISO10889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(图2)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(见图1)长0.3mm,压紧时齿形单面接触,从而获得愈来愈广泛的应用

。

图1　ISO10889工具柄

上述圆柱柄相配合的装夹孔的结构型式如图2所示

。

图2　ISO10889工具柄安装孔

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。

1.2　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B1、B2、……B8型),因刀具尺寸不同而形成1个系列。刀与圆柱柄轴线

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收稿日期:2004-01-07

作者简介:李艳霞,(1964-),女,河南济源人,副教授,硕士,主要从事数控技术教学与研究工作。

平行的,叫做C 型刀夹。它同样分为左右切、正反切共4种(即C1、C2、……C4型),每1种型式也都是1个系列。装轴向刀具的习惯上称为刀柄,有装圆柱刀杆的E1和E2型刀柄和装带扁尾莫氏锥柄刀具的F1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,出现了车削中心,它不仅能完成数控车床上所加工的同轴内外圆表面,而且通过安装动力刀具的转塔刀架与主轴自动分度或慢回转联动动作,还能完成在工件轴向和径向等部位进行钻削、铣削、攻螺纹和曲面加工,图3为车削中心上加工的典型零件

。

图3　车削中心上加工的典型零件

图中所示的加工工序在数控车床上不能实现,因此,在开发数控车床用工具系统时,必须与车削中心用工具———带动力刀柄有机地联系起来,使所开发的车削工具系统既可以用于数控车床也可用于车削中心,绝不应搞成2套装夹型式各异的工具系统。国外已有了符合DIN69800圆柱柄的产品。在国内,车削工具系统尚处在开发研制阶段,还没有形成较完整的系列及标准,更未形成专业化生产。与主机相比,车削工具系统的开发已有滞后,应引起足够的重视,可以预料,在这一领域有着广阔的潜在市场。

2　更换刀具头部的数控车削工具系统的发展[2,3]

20世纪80年代以来,随着数控车床的发展,西欧一些著名的工具厂相继开发了一些更换刀具头部的车削工具系统。它们的共同优点是:换刀时所更换的体积和量都比过去小,这样使刀库、机械手尺寸就比较紧凑,允许机床刀库有较大的容量,更适合于多品种较复杂零件的加工。但是,选用其中哪种工具系统一般都是在订购机床时就确定了,而且往往是从工具系统、机械手到刀库应采用该工具公司的全套技术和产品(均为专利)。由主机生产厂把这些技术“合成”到机床上。否则,如想在现有的机床上采用这类工具系统是困难的。尤其这些产品在国内未获生产许可的情况下,工具的订购与补

充都不太方便。再有,换刀精度由工具系统连接环节的制造精度及刀片制造精度所决定,刀片的制造精度远高于前述通用型车削工具。2.1　BTS 工具系统

瑞典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(Block ToolSystem ),其切削头部有1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,能使拉紧孔生产稍许变形,从而获得很高的定位精度和连接刚度,试验表明,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0.73mm /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:P z 方向<0.02mm ,P Y 和P x 方向<0.005m m 。这种模块式工具可手动换刀,也可机动换刀,手动换刀需5s ,机动换刀只需2s 。

2.2　FTS 工具系统

德国Hertel 公司在20世纪80年代中期也推出了1种更换刀具头部的车削工具系统———FTS 工具系统(Flexible Tooling System )。该系统切削头部的定位靠类似分度盘的Hirth 端齿,这种端齿是采用无屑加工的方法精压而成,做成成对的圆盘,分别镶装在切削头部及定位部件相对的端面上,从而达到很高的定位和互换精度。每个切削头部的轴线上都安装1个拉

钉,定位部件内部的弹簧夹头在油缸或传动螺纹的带动下产生轴向移动,向内移动时夹住拉钉,并向后拉紧,使切削头部紧紧地靠在Hirth 端齿上。切削头部外径上有机械手抓拿槽,可实现自动更换。必要时,还可装上刀具识别编码,借助识别装置进行换刀。2.3　CAPTO 工具系统

CAPT0工具系统是由瑞典SANDVIK 公司1990年开发的。定心采用弧面的三棱锥,夹紧是从三棱锥内部拉紧,使端面紧密贴合。这种接口刚性好,传递扭矩大,但制造时设备要求高,必须用许多数控机床才能实现。这种工具系统可用于车削,也可用于镗、铣加工,是1种万能型的工具系统。

3　结语

随着机械工业的发展,数控机床在我国日渐普及,要使数控机床真正发挥效率,必须有1个比较完善的工具系统,配备完善的先进的数控工具系统。

参考文献:

[1]　上海市金属切削技术协会.金属切削手册[M ].上海:科学技术

出版社,2000.

[2]　蔡复之.实用数控加工技术[M ].北京:兵器工业出版社,1995.[3]　陈书法.金属削加工中切削参数好优化设计[J ].机械研究与应

用,1999(4):32-33.

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