数控机床工具系统

数控机床工具系统

本机制091 27号吴家豪

数控机床工具系统分为镗铣类数控工具系统和车床类数控工具系统。它们主要由两部分组成：一是刀具部分，二是工具柄部(刀柄)、接杆(接柄)和夹头等装夹工具部分。20世纪70年代，工具系统以整体结构为主，80

年代初，开发出了模块式结构的工具系统(分车削、镗铣两大类)，80年代末，开发出了通用模块式结构(车、铣、钻等万能接口)的工具系统。模块式工具系统将工具的柄部和工作部分分割开来，制成各种系统化的模块，然后经过不同规格的中间模块，组成各种不同用途、不同规格的工具。目前世界上模块式工具系统有几十种结构，其区别主要在于模块之间的定位方式和锁紧方式不同。

数控机床工具系统除具备普通工具的特性外，主要有以下要求：

①精度要求较高的换刀精度和定位精度。

②耐用度要求提高生产率，需要使用高的切削速度，因此刀具耐用度要求较高。

③刚度要求数控加工常常大进给量，高速强力切削，要求工具系统具有高刚性。

④断屑、卷屑和排屑要求自动加工，刀具断屑、排屑性能要好。

⑤装卸调整要求工具系统的装卸、调整要方便。

⑥标准化、系列化和通用化此“三化”便于刀具在转塔及刀库上的安装，简化机械手的结构和动作，还能降低刀具制造成本，减少刀具数量，扩展刀具的适用范围，有利于数控编程和工具管理。

数控车削工具系统的结构体系，它与下列因素有关：

( 1 ）机床刀架型式。由于机床刀架型式不同，刀具与机床刀架之间的刀夹、刀座等也各异。常用数控车床刀架型式如图2-4所示。

( 2 ）刀具类型。例如定尺寸刀具（如钻头、铰刀等）与非定尺寸刀具（如一般外圆车刀、内孔车刀等），刀具型式不同，所需刀夹亦不同。

( 3 ）刀具系统是否需要动力驱动。动力刀夹与非动力刀夹结构也不同。世界上各著名刀具制造厂商都有自己的车削工具系统，如瑞典 Seco 公司及Sandvik 公司的 Capto 车削工具系统、 sandvik 公司的 BTS 车削工具系统、美国 Kennametal 公司的 KV 、 KM 、 KM25 及 A4 车削工具系统、德国 Widia 公司（ 2002 年并人 Kennametal 公司）的 Multiflex 车削工具系统、 Hertel 公司的 FTS 车削工具系统以及奥地利 Ceratizit 公司（ Plansee 公司的分公司）的 Maxinex 一 uTs 车削工具系统等。它们都是模块式车削工具系统（图

2-5），其特点如下：

( 1 ）一般只有主柄模块和工作模块，较少使用中间模块，以适应车削中心较小的切削区空间，并提高工具的刚性。

( 2 ）主柄模块有较多的结构型式。根据刀具安装方向的不同，有径向模块和轴向模块；根据加工的需要，有装夹车刀的非动力式模块，也有安装钻头、立铣刀并使用回转的动力式模块；根据刀具与主轴相对位置的不同，有右切模块和左切模块。此外，根据机床换刀方式的不同，有手动换刀模块或自动换刀模块。主柄模块通常都有切削液通道。

( 3 ）工作模块主要有两大类型：一类是连接柄和刀体做成一体的各种刀具模块，例如用于外圆、端面、键孔、钻孔、切槽等加工的刀具模块；另一类是由于装夹钻头、丝锥、铣刀等标准工具或专用工具的夹刀模块。工作模块是换刀的更换单元，在结构上一般具备机械手夹持的部位、安装刀具识别磁片的部位，以适应自动换刀车削中心的需要。

为了使工具系统与机床的连接实现通用化和扩大互换性，常用的主柄模块有两种型式，一种是德国 DIN69880 的型式（表2-17，表2-18）；另一种是德国 VD 一 MA （德国机械及设备制造厂协会）推荐的结构，由圆柱柄定位，端面法兰盘固定。前者具有重复定位精度高、夹持刚性好、互换性强等特点，适用于车床盘形刀架的端面安装刀柄的场合；后者适用于车床盘形刀架多边形的周边上安装刀柄的场合。 DIN6988O 非动力刀夹和动力刀夹的构成体系分别如图2-6和2-7

所示。

对车削加工工具系统模块连接结构的设计要求与对加工中心工具系统模块连接结构的要求相同。表为模块式车削工具系统典型连接结构。有些工具厂已实现了这两种工具系统的通用化，进一步增加了工具系统的柔性，并方便使用和管理，如德国 KruPp widia 公司与美国 Kennametal 公司联合开发的 KMWidaflex 工具系统、 Ceratizit 公司的 MaxinexuTS 工具系统等。