数控刀具系统

(2) 模块式结构 模块式结构是把工具的柄 部和工作部分分开，制成各种系列化的模块，然 后通过不同的模块组装成所需要的工具。
五、 刀具的预调
1．刀具轴向尺寸的预调 有些刀具，如钻头、丝锥、立铣刀、端铣刀等， 通常与JT(ST)-J刀柄及其相应的接长杆组装，来实 现其轴向尺寸的预调功能。图6－5是麻花钻与JT －J刀柄和ZB－M接长杆的组装图。
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。
1) 一个回转刀架，外圆类、内孔类刀具混 合放置，如图6－10所示。
2) 两个回转刀架，分别布置外圆和内孔类 刀具。如图6－11所示。
3) 双排回转刀架，外圆类、内孔类刀具分 别布置在刀架的一侧面，如图6－12所示。
2．转塔头式换刀 使用旋转刀具的数控机床采用转塔转位更 换主轴头，在转塔的各主轴头上根据加工的工 序预先安装所用刀具，转塔依次转位，就可实 现自动换刀。图6－17为卧式八轴转塔头结构。
二、 数控机床所用刀具材料的类型及选择
1．刀具材料应具备的性能 (1) 较高的硬度和耐磨性。 (2) 足够的强度和韧性示。 (3) 较高的耐热性。 (4) 较好的导热性。 (5) 良好的工艺性。
2．高速钢 高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、 钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有 较高的热稳定性、高的强度（抗弯强度一般 为硬质合金2～3倍，为陶瓷的5～6倍）和韧 性（较硬质合金和陶瓷高十几倍）、一定的 硬度（63～69HRC）和耐磨性。
数控加工系统的工艺装备
第一节 数控刀具系统 第二节 自动换刀系统 第三节 数控夹具系统 第四节 回转工作台
第一节 数控刀具系 统
一、 数控机床对刀具的要求
(1) 适应高速切削要求，具有良好的切削性能。 (2) 高的可靠性。 (3) (4) 高精度。 (5) 可靠的断屑及排屑措施。 (7) 自动且快速的换刀。 (8) 具有刀具工作状态监测装置。 (9) 刀具标准化、模块化、通用化及复合化。
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。
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、数控夹具的选用方法
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。
2) 在加工中心上加工以底面作定位的箱 体零件时，则可选用当前较新颖的以槽系或 孔系为基座的组合夹具。
1．刀柄 加工中心的刀柄是加工中心必备的辅具，在 刀柄上可安装不同的刀具，存放在刀库中，供加 工时选用。图6－2为刀柄结构示意图。
2．加工中心的工具系统 (1) 整体式结构 整体式结构的铣镗类工 具系统(如我国的TSG82系统)，把刀柄和夹持 刀具的工作部分做成一体，使用时选用不同的 品种和规格的刀柄，装上对应的刀具就可以使 用，其优点是使用方便、可靠。
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．主要结构类型 (1) 通用类 图6－34为可换支承钳口、 气动类夹紧通用虎钳。
(2) 组合夹具类 图6－38为槽系组合 夹具组装过程示意图。
孔系为新兴的结构，图6－39是我国生 产的这种夹具组装元件的分解图。
图6－ 41是孔系组 合夹具的应 用实例。
(3) 专用夹 具 专用夹具的 结构固定仅适用 于一个具体零件 的具体工序，在 数控机床上，只 是在所有可调整 夹具不能使用的 情况下才使用。 图6－45为基础 板在托板上的定 位方式。
第四节 回转工作 台
一、数控回转工作台
数控回转工作台的主要功能有两个：一是工 作台进给分度运动，即在非切削时，装有工件的 工作台在整个圆周（360°范围内）进行分度旋转； 二是工作台作圆周方向进给运动，即在进行切削 时，与X、Y、Z三个坐标轴进行联动，加工复杂 的空间曲面。
图6－47所示数控回转工作台由传动 系统、间隙消除装置及蜗轮夹紧装置等组成。
（二） 有机械手的换刀系统 它是由刀库、机械手(有的加工中心还有运刀 装置)结合共同完成自动刀具交换的，也是在加工 中心上用得最为普遍的，比无机械手的换刀系统 更灵活，其换刀时间可缩短到2s以下。
图6－21为自动换刀工作原理图。
1．刀库 刀库是一个储存加工所需的各种刀具的 仓库，加工中心的换刀位置都是设计成固定 的，对应刀库上某一固定刀位，刀库要具备 运送刀具，作分度运动达到换刀位置及准确 定位的功能，才能使换刀可靠。
3．硬质合金 硬质合金是由难熔金属碳化物（如TiC、 WC、TaC、NbC等）和金属粘结剂（如Co、 Ni等）经粉末冶金方法制成的。硬质合金的 硬度（89～93HRA）、耐磨性都很高，其切 削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可提高 几倍到几十倍。
4．涂层刀具 涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体 上或高速钢刀具基体上，涂覆一薄层耐磨性 高的难熔金属化合物而获得的。涂层刀具有 比基体高得多的硬度、抗氧化性能、抗粘结 性能以及低的摩擦系数，因而有高的耐磨性 和抗月牙洼磨损能力，且可降低切削力及切 削温度。
第二节 自动换刀系 统
一、 转塔式自动换刀装置
转塔式自动换刀装置又分回转刀架式和转塔 头式二种。回转刀架式用于各种数控车床和车削 中心机床。转塔头Байду номын сангаас多用于数控钻、镗、铣床。
1．回转刀架换刀 回转刀架换刀是一种简单的自动换刀装置。 在回转刀架各刀座安装或夹持各种不同用途的 刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。
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) 在加工中心加工不规则形状工件时， 或同时在托板上需加工多个相同或不相同的 工件时，则需设计与配备专用夹具。
三、各类数控夹具的典型结构
1．用于盘类零件 的夹具
加工盘类零件常用 自动定心三爪自定心卡 盘。图6－26所示为快 速可调卡盘。
2．用于轴类零件的夹具 在数控车床上加工轴类零件时，毛坯装在 主轴顶尖和尾架顶尖之间，工件用主轴上的拨 动卡盘传动旋转。图6－29为自动夹紧拨盘结 构。图6－30为复合卡盘。
5．陶瓷刀具材料 陶瓷刀具材料是在陶瓷基体中添加各种 碳化物、氮化物、硼化物和氧、氮化物等并 按照一定生产工艺制成的。它具有很高的硬 度、耐磨性、耐热性和化学稳定性等独特的 优越性。
三、数控车床刀具
在数控车削加工 中，广泛采用不重磨 机夹可转位车刀。机 夹可转位车刀由刀杆、 不重磨刀片、刀垫和 夹固元件组成，如图 6－1所示。
2．刀具径向尺 寸的预调
孔加工的孔径因 零件不同而异，这就 要求数控加工用的辅 具能适应这种要求。 图6－7是一种径向尺 寸可调整的镗刀块结 构，刀片的径向位置 利用螺钉进行调整。
3．刀具预调 仪
在数控机床上 加工复杂形状的零 件，一般要使用预 调仪(对刀仪)，测 出刀具的实际尺寸 或与名义尺寸的偏 差。图6－9所示为 一种光学数显刀具 预调仪。
3．自定心中心架和自动转塔刀架 图6－31为数控自定心中心架，用以减少细长轴 加工时的受力变形，并提高其加工精度。图6－32为 数控自动转塔刀架。
（二） 钻、铣、镗类和加工中心用夹具 1．对数控钻、铣、镗类夹具定位的共同要求 (1) 工件在夹具上的定位 一般均采用完全定 位并与数控加工原点相联系。 (2) 夹具在机床上的定位 应力求采用无校正 的定位方式。