金属切削原理与刀具-自动化加工刀-具.pptx
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1、 进入进入20世纪世纪80年代以来,国际生产工程的最大年代以来,国际生产工程的最大特点之一是计算机控制的自动化加工技术高速度发特点之一是计算机控制的自动化加工技术高速度发展。展。工具生产者的业务范围由过去单纯的刀具生产工具生产者的业务范围由过去单纯的刀具生产扩展为工具系统、工具识别系统、刀具状态监测系扩展为工具系统、工具识别系统、刀具状态监测系统以及刀具管理系统的开发与生产以满足数控机床统以及刀具管理系统的开发与生产以满足数控机床(CNC)、加工中心()、加工中心(MC)、柔性制造单元)、柔性制造单元(FMC)和柔性制造系统()和柔性制造系统(FMS)等加工的要求,)等加工的要求,促使整个自动
2、化加工过程生产效率的提高。促使整个自动化加工过程生产效率的提高。12.1 自动线刀具自动线刀具 12.1.1 自动线刀具要求自动线刀具要求 1.要求:要求:自动线生产率高、辅助时间少自动线生产率高、辅助时间少2.特点:特点:1切削性能稳定可靠切削性能稳定可靠2可靠的断屑和卷屑可靠的断屑和卷屑 3应具有高的精度应具有高的精度 4精确而迅速的调整精确而迅速的调整 5快速或自动更换快速或自动更换 6各种必要的刀具工作状态检测装置各种必要的刀具工作状态检测装置 7复合程度高复合程度高 8标准化、系列化和通用化标准化、系列化和通用化 一、切削性能稳定可靠一、切削性能稳定可靠要求:要求:具有高的硬度,足够
3、的强度和韧性以及较具有高的硬度,足够的强度和韧性以及较好的耐磨性和热硬性。好的耐磨性和热硬性。2.评价指标:评价指标:1)尺寸耐用度指标T2)可靠性指标Tp 尺寸耐用度尺寸耐用度是指刀具在两次调整之间所能加工出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的符合尺寸精度的合格零件数量或相应的加工时间.规定可靠度规定可靠度P P0.90.9(即(即90%90%)时刀具的切削时间)时刀具的切削时间 如如T T0.90.9=1=1小时,表示刀具耐用度为小时,表示刀具耐用度为1 1小时其可靠小时其可靠性为性为90%90%二、可靠的断屑和卷屑二、可靠的断屑和卷屑 意义:意义
4、:2.方法:方法:不影响刀具的寿命,不影响刀具的寿命,不妨碍自动线的工作循环,不妨碍自动线的工作循环,不妨碍切削液的浇注,不妨碍切削液的浇注,不擦伤加工表面,不擦伤加工表面,不影响零件的输送和定位等。不影响零件的输送和定位等。采用断屑块和断屑槽;采用断屑块和断屑槽;采用特殊形状的容屑槽断屑;采用特殊形状的容屑槽断屑;有高压切削液强迫断屑;有高压切削液强迫断屑;利用振动和间断切削断屑等利用振动和间断切削断屑等。三、应具有高的精度三、应具有高的精度 1 1)刀具及其装夹结构也必须具有很高的精度,能保证在机)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(通常在床上的安装精度(通常在
5、0.005mm以内)和重复定位精度。以内)和重复定位精度。2 2)刀具切削部分的几何尺寸变化要小,刀杆和刀片反复装)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。卸也应能保持精度稳定。3 3)装刀片的刀杆的加工精度也应提高。或者选用精化刀具,)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。以保证高要求的刀尖位置精度。四、精确而迅速的调整四、精确而迅速的调整四、精确而迅速的调整四、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
6、迅速时进行调整。为了减少调整时间,这种调整应当是简便迅速的。的。五、快速或自动更换五、快速或自动更换 意义:意义:2.方法:方法:减少因换刀而造成的停机时间减少因换刀而造成的停机时间(1 1)机外调整刀具)机外调整刀具(2 2)采用耐用度计数器)采用耐用度计数器 在预调室内把刀具的相对尺寸调整好,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确地接合和脱开,并能适应机械手或机器人的操作。的操作。按规定耐用度定时更换刀具按规定耐用度定时更换刀具(即是在即是在自动线的自动循环过程中换刀自动线的自动
7、循环过程中换刀)3.因此:因此:联联接接刀刀具具的的刀刀柄柄、刀刀杆杆、接接杆杆和和装装夹夹刀刀头头的的刀刀夹夹,已已发展成工具系统。发展成工具系统。六、各种必要的刀具工作状态检测装置六、各种必要的刀具工作状态检测装置 生产过程中往往会由于一些偶然性因素,诸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。刀具的突然崩刃或折断,这时就必须及时报警。意义:意义:2.原理:原理:随时将刀具状态(磨损或破损)的监测结果随时将刀具状态(磨损或破损)的监测结果输入计算机,及时发出调整或更换刀
8、具的指令,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以保证工作循环的正常进行与加工质量 该装置的性能必须稳定可靠,防止意外事故,避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。免不必要的损失。3.要求:要求:七、复合程度高七、复合程度高 意义:意义:2.方法:方法:减少刀具数量,降低刀具管理难度减少刀具数量,降低刀具管理难度。提高生产效率,保证加工精度。提高生产效率,保证加工精度。如钻如钻-扩、扩扩、扩-铰、扩铰、扩-镗等镗等 八、标准化、系列化和通用化八、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有利于编排加工程序和刀具的管理 12.
9、1.2 自动化加工中刀具尺寸的补偿方法自动化加工中刀具尺寸的补偿方法 一、一、刀具尺寸补偿的刀具尺寸补偿的优点:优点: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)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;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)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;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;)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)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;造成本;5
10、)如果把测量装置与补偿装置接合起来,并使其自动化,便)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。可实现刀具的自动补偿功能。二、二、刀具补偿方式的分类刀具补偿方式的分类:1.1.位移和变位两种主要方式位移和变位两种主要方式(见表(见表12.1)2.2.按刀具位移方式补偿又可分为按刀具位移方式补偿又可分为四类:四类:1 1)利用刀具直线运动进行补偿,常见于镗刀和车刀的补)利用刀具直线运动进行补偿,常见于镗刀和车刀的补偿;偿;2 2)利用刀具摆动,使刀具的刀尖产生径向微量位移补偿,)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;可用于镗刀的补偿;
11、3 3)利用刀夹弹性变形,使刀具的刀尖产生径向微量位移)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;来进行补偿。常用于镗刀的自动补偿;4 4)利用刀头张开的方式进行微量补偿,多用于铰刀的补)利用刀头张开的方式进行微量补偿,多用于铰刀的补偿。偿。表12.1 刀具补偿方式 刀具补偿方式图示应 用刀具移 动镗 刀车 刀摆 动镗 刀位移刀夹变形常用于镗刀自动补偿装置刀头张开拉 刀镗杆变位常用于镗刀自动补偿装置三、尺寸自动补偿系统三、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,即的尺寸控制系
12、统,即尺寸自动误差补偿系统尺寸自动误差补偿系统来提高加工来提高加工精度和刀具耐用度。精度和刀具耐用度。所谓所谓尺寸误差系统尺寸误差系统,是对加工过程中的工件已加工,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。变化,从而提高加工精度。尺寸补偿系统尺寸补偿系统是由是由自动测量装置自动测量装置、控制装置控制装置
13、和和补偿补偿执行装置执行装置三部分组成三部分组成 1.尺寸自动补偿系统尺寸自动补偿系统图图12.1 12.1 车刀尺寸自动补偿系统图车刀尺寸自动补偿系统图 2.尺寸自动补偿系统的分类尺寸自动补偿系统的分类直接补偿和间接补偿直接补偿和间接补偿 直接补偿直接补偿:以工件的实测误差为依据进行误差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来提高加工精度 间接补偿间接补偿:仅对机床执行部件的位置坐标误差进行仅对机床执行部件的位置坐标误差进行补偿补偿 大部分为间接补偿大部分为间接补偿 四、尺寸补偿执行装置四、尺寸补偿执行装置 由于尺寸补偿系统都是用于精加工的,补偿量又是由于尺寸补偿系统都是用于精
14、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:性能。它的基本要求有:1 1)能保证补偿精度与补偿范围。)能保证补偿精度与补偿范围。2 2)具有良好的频率响应特性和良好的线性与稳定性。)具有良好的频率响应特性和良好的线性与稳定性。3 3)具有足够的刚度。)具有足够的刚度。4 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。装置的合理布置。5 5)要防止由于切削液或切屑的干扰所造成的不得影响。)要防止由于切削液或切屑的干扰所造成
15、的不得影响。6 6)具有控制简单、成本低廉的特点。)具有控制简单、成本低廉的特点。把刀具安装在补偿执行装置的可动件上,或者把补偿运动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直接传递给工件而不经过中间环节 实现:实现:五、补偿执行装置结构五、补偿执行装置结构 1.一种车床加工用补偿刀架一种车床加工用补偿刀架 车刀车刀2 2安装在刀架安装在刀架3 3上,上,4 4为压电晶体补偿元件。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(一般为伸缩特性,在直流电压(一般为0 0300V300V
16、)作用下,)作用下,补偿元件补偿元件4 4伸长,使刀架体伸长,使刀架体3 3产生弹性变形带动车刀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。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补偿量要根据所用压电晶体的电压和位移关系而定。而定。12.2 12.2 补偿刀架补偿刀架 2.一种镗刀压电晶体补偿装置一种镗刀压电晶体补偿装置 镗刀镗刀7 7利用螺钉利用螺钉1010固定在套筒固定在套筒8 8中,螺钉中,螺钉1111用于调整镗刀位置。用于调整镗刀位置。通交流电或脉冲直流电时,压电晶体管通交流电或脉冲直流电时,压电晶体管3 3在每个交流电的正半波在每个交流
17、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(或脉冲直流电的每一个脉冲)时伸长,克服弹性涨套5 5与压板与压板6 6之之间的碟形弹簧间的碟形弹簧9 9的弹力,将固定镗刀的套筒顶出,使镗刀获得径向的弹力,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)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,压电晶体管时,压电晶体管3 3缩短。但由于圆柱弹簧缩短。但由于圆柱弹簧1 1的作用,楔块的作用,楔块2 2随时间向随时间向左移动左移动,顶紧缩短了的压电晶体管顶紧缩短了的压电晶体管3 3,因而镗刀不会退回,完成补偿,因而镗刀不会
18、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。重新复位待用。安装在绝缘套安装在绝缘套4 4内的弹簧触片内的弹簧触片1414压向压电晶体管并与之绝缘,压向压电晶体管并与之绝缘,另一端用导线使其与装在镗杆另一端用导线使其与装在镗杆1515外部的插头外部的插头1212连接起来,此插头装连接起来,此插头装入镗杆中的绝缘螺塞入镗杆中的绝缘螺塞1313内。导线与弹簧触片及其与压电晶体管之间内。导
19、线与弹簧触片及其与压电晶体管之间的接触必须良好。这三者均置于绝缘套中,以保证它们与外部绝缘。的接触必须良好。这三者均置于绝缘套中,以保证它们与外部绝缘。结构简单和成本低,适应于精加工。结构简单和成本低,适应于精加工。使用时要特别注意避免污染及切削液的影响。使用时要特别注意避免污染及切削液的影响。注意注意图图12.3 12.3 镗刀压电晶体补偿装置镗刀压电晶体补偿装置 12.1.3 自动线刀具的更换自动线刀具的更换 强制更换强制更换强制更换强制更换 不同规格的刀具以不同的切削用量在工作,其耐用度不同规格的刀具以不同的切削用量在工作,其耐用度相差悬殊,按其耐用度的大小进行分组,实现分批定期强相差悬
20、殊,按其耐用度的大小进行分组,实现分批定期强制更换。各组应设有计算刀具实际工作循环的计数器,当制更换。各组应设有计算刀具实际工作循环的计数器,当达到规定循环数时,便发出信号,进行强制换刀。达到规定循环数时,便发出信号,进行强制换刀。强制检查强制检查强制检查强制检查 如果各把刀具的耐用度相差甚大,又难于按组进行强如果各把刀具的耐用度相差甚大,又难于按组进行强制换刀时,最好对它们进行强制检查,调整工在进行检查制换刀时,最好对它们进行强制检查,调整工在进行检查刀具的同时要更换已用钝了的这一组刀具,这样可以减少刀具的同时要更换已用钝了的这一组刀具,这样可以减少刀具破损的危险性。刀具破损的危险性。更换刀
21、具的基本方式:更换刀具的基本方式:更换刀具的基本方式:更换刀具的基本方式:更换刀片更换刀片更换刀具更换刀具更换刀夹更换刀夹更换刀柄更换刀柄1.更换刀片更换刀片适用适用适用适用优点优点优点优点1 1)被更换元件小,装卸轻便。若是可转位刀具,当一个)被更换元件小,装卸轻便。若是可转位刀具,当一个切削刃磨损后,只需将刀片转位,由新的一边切削刃进行切削刃磨损后,只需将刀片转位,由新的一边切削刃进行切削,待几边切削刃都磨损后才更换刀片;切削,待几边切削刃都磨损后才更换刀片;2 2)刀体不换,减少了刀体的周转量及制造量;)刀体不换,减少了刀体的周转量及制造量;3 3)换刀精度由刀片精度保证,随着刀片精度的
22、提高及精)换刀精度由刀片精度保证,随着刀片精度的提高及精密级刀片产量和品种的增加,采用更换刀片的换刀方式就密级刀片产量和品种的增加,采用更换刀片的换刀方式就更显示出优越性,因为这时无需作任何调整。更显示出优越性,因为这时无需作任何调整。缺点缺点缺点缺点1 1)为了保证刀片的互换性及换刀精度,对刀片的质量要求)为了保证刀片的互换性及换刀精度,对刀片的质量要求较高,各个表面均需磨削,以提高刀片精度和粗糙度等级,较高,各个表面均需磨削,以提高刀片精度和粗糙度等级,从而使制造成本增加;从而使制造成本增加;2 2)由于自动线上布置拥挤,机床上的工作空间很小)由于自动线上布置拥挤,机床上的工作空间很小,刀
23、片刀片的携拆装以及刀片支承面的清理不方便;的携拆装以及刀片支承面的清理不方便;用于数控机床和自动线上个别工序和多刀加工机床上用于数控机床和自动线上个别工序和多刀加工机床上 只适用于机械夹固式刀具(含可转位刀具)只适用于机械夹固式刀具(含可转位刀具)2.更换刀具更换刀具优点优点优点优点1 1)对刀片的精度及粗糙度要求不高,降低了刀片制造成)对刀片的精度及粗糙度要求不高,降低了刀片制造成本;本;2 2)可在机外进行换刀预调,能保证较高的换刀精度;)可在机外进行换刀预调,能保证较高的换刀精度;3 3)换刀简便迅速。)换刀简便迅速。缺点缺点缺点缺点1 1)对刀体的精度和粗糙度要求较高,刀体须经过磨制;
24、)对刀体的精度和粗糙度要求较高,刀体须经过磨制;2 2)刀具上备有调整装置,刀具制造成本高;)刀具上备有调整装置,刀具制造成本高;3 3)需有机外的预调装置。)需有机外的预调装置。3.更换刀夹更换刀夹适用适用适用适用优点优点优点优点1 1)对刀片和刀体的精度要求都不高;)对刀片和刀体的精度要求都不高;2 2)可在机外进行更换预调,换刀精度很高;)可在机外进行更换预调,换刀精度很高;3 3)有利于自动换刀。)有利于自动换刀。缺点缺点缺点缺点1 1)被更换的元件大而笨重,装卸不方便;)被更换的元件大而笨重,装卸不方便;2 2)需专门设计刀夹,刀夹的制造精度要求较高;)需专门设计刀夹,刀夹的制造精度
25、要求较高;3 3)与更换刀体方式比较,机外对刀装置更为复杂,调整也)与更换刀体方式比较,机外对刀装置更为复杂,调整也比较麻烦;比较麻烦;4 4)影响刀架系统刚性。)影响刀架系统刚性。用于数控机床上的自动换刀装置,也可用于自动线上。用于数控机床上的自动换刀装置,也可用于自动线上。4.更换刀柄更换刀柄适用适用适用适用优点优点优点优点1 1)便于采用标准工具;)便于采用标准工具;2 2)同类机床上的刀柄可以通用,便于系列化、标准化)同类机床上的刀柄可以通用,便于系列化、标准化 缺点缺点缺点缺点1 1)刀具与刀柄的连接往往需用莫氏锥套等中间环节,影响)刀具与刀柄的连接往往需用莫氏锥套等中间环节,影响刀
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