數控機床刀具知識二

（4）鏜銑類數控機床刀具選擇

    鏜銑類數控機床刀具按加工方式不同可分為鉆削刀具、鏜削刀具、銑削刀具、螺紋加工刀具、鉸削刀具等。

    ①鉆削刀具。數控車床鉆削是鏜銑類數控機床在實心材料上加工出孔的常見辦法。鉆削還用于擴孑L、锪孑L。鉆頭按結構分類有整體式、刀體焊接式、刀刃焊接式、可轉位鉆頭；按柄部形狀分類可分為直柄鉆頭、加工中心直柄扁尾鉆頭、(莫氏)錐柄鉆頭；按刃溝形狀分類有右螺旋鉆頭、左螺旋鉆頭、直刃鉆頭；按刀體截面形狀分類有內冷鉆頭、雙刃帶鉆頭、乎刃溝鉆頭；按長度分類有標準鉆頭、長型鉆頭、短型鉆頭；按用途分有中心鉆、擴孔鉆、锪鉆、階梯鉆、導 向鉆等。

    a．中心鉆。中心鉆先在實心工件上加工出中心孔，起到定位和引導鉆頭的作用。

    b．麻花鉆。麻花鉆一般為高速鋼材料，制造容易，價格低廉，應用廣泛。但標準麻花鉆有許多缺點，如：不利屑的卷曲、切削性能差、排屑性能差、磨損快。

    c．修磨麻花鉆。針對標準麻花鉆的缺點，可對其進行修磨，一般有以下幾種方法：修磨主切削刃；修磨橫刃；修磨前刀面；修磨棱邊；修磨分屑槽。

    d．擴孔鉆。加工中心應用擴孔鉆，加工效率高，質量好。

    e．锪鉆。用于加工沉頭孔和端面凸臺等。

    f．硬質合金可轉位式鉆頭。用于擴孔，數控車床也可加工實心孔，加工中心加工效率高、質量好。

    g．加工中心用槍鉆。用于長徑比在5以上的深孑Lh口工。

    ②鏜削刀具。分為單刃鏜刀、雙刃鏜刀。

    a．單刃鏜刀。單刃鏜刀是把類似車刀的刀尖裝在鏜刀桿上而形成的。刀尖在刀桿上的安裝位置有兩種：刀頭垂直鏜桿軸線安裝，適于加工通孔；刀頭傾斜鏜桿軸線安裝，適于盲孔、臺階孔的加工。

    b．雙刃鏜刀。雙刃鏜刀常用的有定裝式、機夾式和浮動式三種。雙刃鏜刀的好處是徑向力得到平衡，工件孑L徑尺寸由鏜刀尺寸保證。浮動鏜刀的刀塊能在徑向浮動，加工時消除了機床、刀具裝夾誤差及鏜桿彎曲等誤差，但不能矯正孔直線度誤差和孑L的位置度誤差。

    ③銑削刀具。

    a．端銑刀。端銑刀主要用于加工平面，數控車床但是主偏角為90‘的端銑刀還能用于加工淺臺階。端銑刀一般做成可轉位式。

    b．立銑刀。立銑刀使用靈活，有多種加工方式。立銑刀按構成方式可分為整體式、焊接式和可轉位式三種；按功能特點可分為通用立銑刀、鍵槽立銑刀、平面立銑刀、球頭立銑刀、圓角立銑刀、多功能立銑刀、倒角立銑刀、T形槽立銑刀等。

    c．盤形銑刀。包括槽銑刀、兩面刃銑刀、三面刃銑刀。槽銑刀有一個主切削刃，用于加工淺槽。兩面刃銑刀有一個主切削    刃、一個副切削刃，可用于加工臺階。三面刃銑刀有一個主切削刃、加工中心兩個副切削刃，用于切槽及加工臺階。鋸片銑刀比槽銑刀更窄，用于切斷、切窄槽。

    d．成形銑刀。為了提高效率，滿足生產要求，有些零件可以采用成形銑刀進行銑削。    ④鉸削刀具。鉸刀主要用于孔的精加工及高精度孑L的半精加工。圓柱鉸刀比較常見，

    但其加工性能不是很好，且無法加工有鍵槽的孔。加工中心廣泛應用帶負刃傾角的鉸刀和螺旋齒鉸刀。螺旋齒鉸刀有兩種，一種是普通螺旋齒鉸刀，其刀齒有一定的螺旋角，切削平穩，能夠加工帶鍵槽的孔；另一種是螺旋推鉸刀。其特點是螺旋角很大，切削刃長，連續參加切削，數控車床所以切削過程平穩無振動，切屑呈發條狀向前排出，避免了切屑擦傷已加工孑L壁。

    ⑤螺紋加工刀具。加工中心一般使用絲錐作為螺紋加工刀具，絲錐加工螺紋的過程叫攻螺紋。一般絲錐的容屑槽制成直的，也有的做成螺旋形。螺旋形容屑槽排屑容易，切屑呈螺旋狀。加工右旋通孔螺紋時，選用左旋絲錐；加工右旋盲孔螺紋時，選用右旋絲錐。

    ⑥刀柄。鏜銑類數控機床刀具種類繁多，而每種刀具都有特定的結構及使用方法，要想實現刀具在主軸上的固定，必須有一中間裝置，該裝置必須能夠裝夾刀具又能在主軸上準確定位。裝夾刀具的部分(直接與刀具接觸的部分)叫工作頭，而安裝工作頭又直接與主軸接觸的標準定位部分就叫刀柄。加工中心一般采用7；24錐柄，加工中心這是因為這種錐柄不自鎖，并且與直柄相比有高的定心精度和剛性。數控車床刀柄要配上拉釘才能固定在主軸錐孔上，刀柄與拉釘都已標準化，刀柄型號主要有30、40、45、50、60等，刀柄標志代號有JT、BT、ST等，其中JT表示以國際ISO 7388、美<

⑦鏜銑類裝夾工具系統。加工中心的工具系統是刀具與加工中心的連接部分，由工作頭、刀柄、拉釘、接長桿等組成，起到固定刀具及傳遞動力的作用。數控車床工具系統是能在主軸和刀庫之間交換的相對獨立的整體。機床工具系統的性能往往影響到加工中心的加工效率、質量、刀具的壽命、切削效果。另外，加工中心使用的刀柄、刀具數量繁多，合理地調配工具系統對成本的降低也有很大意義。

    加工中心使用的工具系統是指鏜銑類工具系統，可分為整體式與模塊式兩類。

    a．整體式工具系統把刀柄和工作頭做成一體，使用時選用不同品種和規格的刀柄即可使用，優點是使用方便、可靠，缺點是刀柄數量多。

    b．模塊式工具系統是指刀柄與工作頭分開，做成模塊式，然后通過不同的組合而達到使用目的，減少了刀柄的個數。

(5)加工中心刀庫及換刀方法

    ①刀庫。刀庫是用來儲存加工刀具及輔助工具的，數控車床是自動換刀裝置中Z主要的部件之一。由于多數加工中心的取送刀具位置都是在刀庫中某一固定刀位，因此刀庫還需要有使刀具運動的機構來保證換刀的可靠性。刀庫中刀具的定位機構是用來保證要更換的每一把刀具或刀套都能準確地停在換刀位置上。機床其控制部分可以采用簡易位置控制器，或類似半閉環進給系統的伺服位置控制，也可以采用電氣和機械相結合的銷定位方式，一般要求其綜合定位精度達到o．1～亂5mm，即可采用電動機或液壓系統為刀庫轉動提供動力。

    a．刀庫的類型按刀庫的結構形式可分為圓盤式刀庫、鏈式刀庫和箱型式刀庫，前兩種較為常見。

    圓盤式刀庫其結構簡單，應用也較多。但因刀具采用單環排列，空間利用率低，因此出現了將刀具在盤中采用雙環或多環排列的形式，以增加空間利用率。但這樣使刀庫的外徑擴大，轉動慣量也增大，選刀時間也長，所以，圓盤式刀庫一般用于刀具容量較小的刀庫。

    鏈式刀庫，適用于刀庫容量較大的場合。數控車床鏈的形狀可以根據機床的布局配置，也可將換刀位突出以利于換刀。當需要增加鏈式刀庫的刀具容量時，只需增加鏈條的長度，在一定范圍內，機床無需變更刀庫的線速度及慣量。一般刀具數量30一120把時都采用鏈式刀庫。

    另外，按設置部位的不同，刀庫可以分為頂置式、側置式、懸掛式和落地式等多種類型。按交換刀具還是交換主軸，刀庫可分為普通刀庫(簡稱刀庫)和主軸箱刀庫。

    b．刀庫的容量確定。刀庫的容量首先要考慮加工工藝的需要。對若干種工件進行分析表明，各種加工所必需的刀具數量是4把銑刀可完成工件95％左右的銑削工藝，10把孔加工刀具可完成70％的鉆削工藝，因此14把刀的容量就可完成70％以上工件的鉆銑工藝機床。如果從完成工件的全部加工所需的刀具數目統計，數控車床則80％的工件(中等尺寸，復雜程度一般)完成全部加工任務所需的刀具數為40種以下。所以對于一般的中、小型立式加工中心，配有14～40把刀具的刀庫就能夠滿足70％一95％工件的加工需要。

    c．刀庫的選刀方式。目前，加工中心刀庫使用的選刀方式有順序選刀和任意選刀兩種。順序選刀是在加工之前將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，／頃序不能有差錯，加工時按順序調刀。加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序，因而操作十分繁瑣，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重復使用。這樣就會增加刀具的數量，而且由于刀具的尺寸誤差也容易造成加工精度的不穩定。數控車床其優點是刀庫的驅動和控制都比較簡單，機床因此這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型自動換刀裝置。

隨著數控系統的發展，目前絕大多數的數控系統都具有刀具任選功能。任選刀具的換刀方式可以有刀套編碼、刀具編碼和記憶等方式。數控車床刀具編碼或刀套編碼都需要在刀具或刀套安裝用于識別的編碼條，搖臂鉆床一般都是根據二進制編碼原理進行編碼。

    刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，并對每把刀具編碼。由于每把刀具都具有自己的代碼，刀具可以放在刀庫中的任何一個刀座內，這樣不僅刀庫中的刀具可以在不同的工序中多次重復使用，而且換下的刀具也不用放回原來的刀座，這對裝刀和選刀都十分有利，刀庫的容量也可以相應地減少，而且還可以避免由于刀具順序的差錯所造成的事故。但是由于每把刀具上都帶有專用的編碼系統，使刀具的長度加長，制造困難，刀具剛度降低，同時使得刀庫和機械手的結構也變得復雜。對于刀套編碼的方式，一把刀具只對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。因此，無論是刀具編碼還是刀套編碼都給換刀系統帶來麻煩。搖臂鉆床目前，絕大多數加工中心都使用記憶式的任選換刀方式。這種方式是第一次給刀庫裝刀時，控制系統記憶刀庫中的每個刀套號和該刀套上的刀具號，刀具在使用中不一定被送還到原來的刀套上，但是控制系統仍能記住該刀具號所在的新刀套號。數控車床這種方式有利于縮短換刀、選刀時間。由于這種方式經常改變刀具號與刀套的對應關系，所以在重新啟動機床時必須使刀庫回零，校驗一下顯示器上顯示的內容與實際刀具的情況。

    刀庫選刀方式一般采用就近移動原則，即無論采取哪種選刀方式，在根據程序指令把下一工序要用的刀具移到換刀位置時，都要向距離換刀Z近的方向移動，以節省選刀時間。

    ②換刀及刀具交換裝置。數控機床的自動換刀系統中，實現刀庫與機床主軸之間刀具傳遞和刀具裝卸的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式通常分為無機械手換刀和有機械手換刀兩大類。

    a．無機械手換刀的方式是利用刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換。這種換刀機構不需要機械手，結構簡單、緊湊。由于交換刀具時機床不工作，所以不會影響加工精度，數控車床但會影響機床的生產率。其次因刀庫尺寸限制，裝刀數量不能太多。這種換刀方式常用于小型加工中心。

    b．采用機械手進行刀具交換的方式應用得Z為廣泛，這是因為機械手換刀有很大的靈活性，搖臂鉆床而且可以減少換刀時間。機械手的結構類型多種多樣，因此換刀運動也有所不同。

(6)刀具安裝、標定及工件坐標系的建立

    ①刀具安裝。加工中心使用的刀具由刀桿、通用刀柄、拉釘三部分組成(刀柄和拉釘型號參考具體設備說明)，經裝配后方能根據加工需要依次裝入刀庫。

    ②加工中心常用對刀儀器。

    量塊：一般用于刀具Z向標定。

    Z向設定器：一般用于刀具Z向標定。

    尋邊器：標定刀具X、y向位置。尋邊器常見有電子式和機械式兩種。

    找正器：用于確定圓心。

    機內對刀器：用于刀具X、y、Z向標定。

    機外對刀儀：在機床外測量刀具長度、直徑和幾何角度等，不占機時。

    3D測頭：自動測量刀具X、y、Z向的位置和補償值。

    ③工件坐標系的建立。建立工件坐標系是數控加工的重要內容之一。數控車床建立工件坐標系實際就是將用戶選定的編程坐標系告知CNC系統，若不能正確建立工件坐標系，即使編程指令正確，機床仍可能產生誤動作。搖臂鉆床機床的誤動作有可能損壞刀具、機床，甚至可能會傷害到用戶。

    由于數控加工中心系統功能不同，建立工件坐標系的具體方法有所不同。但基本原理相類似。

    a．直接法。直接法即試切法。啟動主軸，選定一把基準刀接觸工件上表面，設置Zo，即將基準刀Z向補償值設為“o”；其他刀也觸碰同一表面，標定其他刀的Z向補償值。用刀具接觸工件側面設置X。、Yo。測量刀具直徑或根據刀具公稱直徑確定刀具半徑補償值。

    b．間接法。刀具不旋轉，選擇一把基準刀接觸量塊或Z向設定器，設置Z。。將基準刀Z向補償值設為“0”，其他刀觸碰同一表面，標定Z向補償值。Xo、y。及刀具半徑補償值的確定相同。

    c．機內對刀。機內對刀通常使用機床自備的機內對刀儀。數控車床以主軸端面為基準，各把刀具從Z向觸碰對刀儀，系統自動測出數控套刀相對某一基準點的長度作為刀具長度補償值(每把刀的長度補償值均不為o