模具數(shù)控銑削加工技術(shù)課件

1、第3章 模具數(shù)控銑削加工技術(shù)3.3 刀具補(bǔ)償 3.4 數(shù)控仿真技術(shù) 3.2 常用銑削刀具、刀柄3.1 數(shù)控銑床與加工中心3.5 數(shù)控模具銑雕機(jī)床 3.6 數(shù)控銑床（加工中心）編程基礎(chǔ) 3.7 數(shù)控銑床（加工中心）編程指令 思考與練習(xí)3.1 數(shù)控銑床與 加工中心 數(shù)控銑床和加工中心一樣，在制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。其區(qū)別在于加工中心帶有刀庫和自動(dòng)換刀裝置，是將數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能組合在一起，零件在一次裝夾后，可以將大部分加工面進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸及攻螺紋等多工序加工。因此其加工效率優(yōu)于數(shù)控銑床。 3.1.1數(shù)控銑床與加工中心組成 數(shù)控銑床（加工中心）主要由輸入裝置、數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)

2、伺服系統(tǒng)、檢測(cè)裝置、機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件和輔助裝置組成。1.輸入裝置 數(shù)控程序編制后需要存儲(chǔ)在一定的介質(zhì)上，按目前的控制介質(zhì)大致分為紙介質(zhì)和電磁介質(zhì)，通過不同方法輸入到數(shù)控裝置中去。紙帶輸入的方法，即在專用的紙帶上穿孔，用不同孔的位置組成數(shù)控代碼，再通過紙帶閱讀機(jī)將代表不同含義的信息讀入，目前應(yīng)用較少。穿孔紙帶使用ISO和EIA兩種標(biāo)準(zhǔn)信息代碼，數(shù)控機(jī)床能自動(dòng)識(shí)別。手動(dòng)輸入是將數(shù)控程序通過數(shù)控機(jī)床上的鍵盤輸入，程序內(nèi)容將存儲(chǔ)在數(shù)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)器內(nèi)，使用時(shí)可以隨時(shí)調(diào)用。特別提醒的是，數(shù)控程序的產(chǎn)生由計(jì)算機(jī)編程軟件或手工輸入到計(jì)算機(jī)中，就可數(shù)控程序通過通訊方式傳遞到數(shù)控系統(tǒng)中，通常使用RS232C串行口或R

3、J45口等來完成。2.數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控銑床（或加工中心）的核心，如圖3.1所示。它是由數(shù)控系統(tǒng)、輸入/輸出接口等組成，它接受到的數(shù)控程序，經(jīng)過編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出相應(yīng)信號(hào)到輸出接口上。 3.伺服系統(tǒng) 接收數(shù)控裝置輸出的各種信號(hào)，經(jīng)過分配、放大、轉(zhuǎn)換等功能，驅(qū)動(dòng)各運(yùn)動(dòng)部件完成零件的切削加工。 4.檢測(cè)裝置 位置檢測(cè)、速度反饋裝置根據(jù)系統(tǒng)要求不斷測(cè)定運(yùn)動(dòng)部件的位置或速度，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)控裝置中，與目標(biāo)信號(hào)相比較、運(yùn)算從而進(jìn)行控制。 5.機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件 包括床身、主軸箱、工作臺(tái)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件組成，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，完成工件與刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 .輔助裝置 輔助裝置

4、是指數(shù)控銑床（或加工中心）的一些配套部件，包括刀庫與自動(dòng)換刀裝置、液壓和氣動(dòng)裝置、冷卻系統(tǒng)和排屑裝置等。3.1.2刀庫與自動(dòng)換刀裝置1.刀庫 刀庫是儲(chǔ)存一定數(shù)量的加工刀具與輔助工具，通過機(jī)械手或相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)與主軸上刀具的交換。目前多數(shù)加工中心取送刀具的位置是在刀庫中某一固定刀位，所以刀庫還需要有使刀具準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)來保證換刀的可靠性。刀庫中刀具的定位機(jī)構(gòu)是用來保證要更換的每一把刀具或刀套都能準(zhǔn)確地停在換刀位置上。通常采用電動(dòng)機(jī)或液壓系統(tǒng)為刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力。 （1）刀庫容量和換刀時(shí)間 刀庫容量和換刀時(shí)間對(duì)加工中心的生產(chǎn)效率有直接影響。刀庫容量是指刀庫能存放加工所需要的刀具數(shù)量。事實(shí)上刀庫中的刀具

5、并不是越多越好，太大的容量會(huì)增加刀庫的尺寸和占地面積，使選刀過程時(shí)間增長(zhǎng)。因此刀庫的容量要根據(jù)加工工藝的需要選擇。目前常見的中小型加工中心多為1660把，大型加工中心達(dá)100把以上。換刀時(shí)間是指帶有自動(dòng)交換刀具系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，將主軸上使用的刀具與裝在刀庫上的下一工序需要的刀具進(jìn)行交換所需要的時(shí)間。目前國內(nèi)均在1020S內(nèi)完成換刀；國外不少數(shù)控機(jī)床換刀時(shí)間僅為45S。 （2）刀庫的類型 根據(jù)刀庫的容量和取刀方式，可以將刀庫設(shè)計(jì)成各種形式。常見的有： 盤式刀庫 如圖3.2所示盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點(diǎn)是換刀時(shí)間長(zhǎng)，在刀庫容量較小的加工中心上采用。

6、鏈?zhǔn)降稁?如圖3.3所示鏈?zhǔn)降稁旖Y(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容量較大，鏈環(huán)形狀可以根據(jù)機(jī)床的布局制成各種形狀，也可將換刀位突出以便于換刀。當(dāng)需要增加刀具數(shù)量時(shí)，只需增加鏈條的長(zhǎng)度即可，給刀庫設(shè)計(jì)與制造帶來了方便。一般當(dāng)?shù)毒邤?shù)量在30120把時(shí)，多采用鏈?zhǔn)降稁臁?刀庫 2機(jī)械手3主軸箱 4立柱 此外，密集形的鼓輪彈倉式或格子式刀庫，雖然占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，在相同的空間內(nèi)可以容納的刀具數(shù)目較多，但是由于它的選刀和取刀動(dòng)作復(fù)雜，現(xiàn)在已很少用于單機(jī)加工中心，多用于FMS（柔性制造系統(tǒng)）的集中供刀系統(tǒng)。 （3）刀具的選擇方式 常見的刀具選擇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

7、藝要求依次插入刀庫的刀套中，順序不能有差錯(cuò)，加工時(shí)按順序調(diào)刀。加工不同的工件時(shí)必須重新調(diào)整刀庫中的刀具順序，因而操作十分煩瑣，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重復(fù)使用。這樣就會(huì)增加刀具的數(shù)量，而且由于刀具的尺寸誤差也容易造成加工精度的不穩(wěn)定。其優(yōu)點(diǎn)是刀庫的驅(qū)動(dòng)和控制都比較簡(jiǎn)單。因此這種方式適合加工批量較大、工件品種數(shù)量較少的中、小型自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床。 目前大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都采用任選功能，任選刀具的換刀方式分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等。刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用于識(shí)別的編碼條，一般都是根據(jù)二進(jìn)制編碼的原理進(jìn)行編碼的，刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結(jié)構(gòu)，并對(duì)每把刀具編碼

8、。每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可以在不同的工序中多次重復(fù)使用，換下的刀具不用放會(huì)原刀座，有利選刀和裝刀，刀庫的容量也相應(yīng)減少，而且可避免由于刀具順序的差錯(cuò)所發(fā)生的事故。但每把刀具上都帶有專用的編碼系統(tǒng)，刀具長(zhǎng)度加長(zhǎng)，制造困難，剛度降低，刀庫和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。刀套編碼的方式，一把刀具只對(duì)應(yīng)一個(gè)刀套，從一個(gè)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(shí)間長(zhǎng)。目前在加工中心上大量使用記憶式的任選方式。這種方式能將刀具號(hào)和刀庫中的刀套位置對(duì)應(yīng)地記憶在數(shù)控系統(tǒng)的PC中，無論刀具放在哪個(gè)刀套內(nèi)部都始終記憶著。刀庫上裝有位置檢測(cè)裝置，可以檢測(cè)出每個(gè)刀套的位置。這樣刀具就可以任意取出并送

9、回。刀庫上還設(shè)有機(jī)械原點(diǎn)，使每次選刀時(shí)就近選取。例如，對(duì)于盤式刀庫每次選刀運(yùn)動(dòng)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)都不超過180。 （1）自動(dòng)換刀裝置的形式 加工中心自動(dòng)換刀裝置的主要類型、特點(diǎn)與適應(yīng)范圍如表3.1所示。2.自動(dòng)換刀裝置 加工中心為了能在工件一次裝夾中完成多種甚至所有加工工序，縮短輔助時(shí)間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動(dòng)換刀裝置。因此自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：刀具換刀時(shí)間短；刀具重復(fù)定位精度高；足夠的刀具儲(chǔ)存量；刀庫占地面積?。话踩煽啃愿?。類 型特 點(diǎn)適 用 范 圍轉(zhuǎn)塔刀庫式刀庫與主軸之間直接換刀換刀運(yùn)動(dòng)集中，運(yùn)動(dòng)部件少。但刀庫運(yùn)動(dòng)多。布局不靈活，適應(yīng)性差適用回轉(zhuǎn)類刀具的數(shù)控鏜銑，

10、鉆鏜類立式、臥式加工中心機(jī)床，要根據(jù)工藝范圍和機(jī)床特點(diǎn)，確定刀庫容量和自動(dòng)換刀裝置類型，用于加工工藝范圍廣的立、臥式車削中心機(jī)床用機(jī)械手配合刀庫進(jìn)行換刀刀庫只有選刀運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手進(jìn)行換刀運(yùn)動(dòng)，比刀庫作換刀運(yùn)動(dòng)慣性小，速度快用機(jī)械手、運(yùn)輸裝置配合刀庫換刀換刀運(yùn)動(dòng)分散，由多個(gè)部件實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)部件多，但布局靈活，適應(yīng)性好有刀庫的轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置彌補(bǔ)轉(zhuǎn)塔換刀數(shù)量不足的缺點(diǎn)，換刀時(shí)間短擴(kuò)大工藝范圍的各類轉(zhuǎn)塔式數(shù)控機(jī)床更換主軸頭換刀 在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床中，更換主軸頭換刀是一種簡(jiǎn)單的換刀方式，主軸頭通常有臥式和立式兩種，而且常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，各個(gè)主軸頭上預(yù)先裝有各工序加工所需要的旋轉(zhuǎn)

11、刀具，當(dāng)收到換刀指令時(shí)，各主軸頭依次轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主運(yùn)動(dòng)使相應(yīng)的主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，而其他處于不加工位置上的主軸都與主運(yùn)動(dòng)脫開。 更換主軸頭換刀方式的主要優(yōu)點(diǎn)是省去了自動(dòng)松夾、卸刀裝刀、夾緊以及刀具搬運(yùn)等一系列復(fù)雜的操作，從而顯著減少了換刀時(shí)間，提高了換刀的可靠性，但是由于結(jié)構(gòu)上的原因和空間位置的限制，主軸的數(shù)目不可能很多。因此更換主軸頭換刀通常只適應(yīng)于工序較少，精度要求不高的數(shù)控機(jī)床（如數(shù)控銑床）。 帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng) 帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具變換機(jī)構(gòu)組成，換刀過程較為復(fù)雜。首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀柄上，在機(jī)外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)整后，按一定的方式放入刀庫。換刀

12、時(shí)，先在刀庫中選刀，再由刀具交換裝置從刀具或主軸取出刀具進(jìn)行交換，將新刀裝入，并由搬運(yùn)裝置運(yùn)送刀具。由于帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床的主軸箱內(nèi)只有一根主軸，設(shè)計(jì)主軸部件時(shí)能充分增強(qiáng)它的剛度，可滿足精密加工要求。另外，刀庫可以存放數(shù)量很大的刀具，因而能夠進(jìn)行復(fù)雜零件多工序加工，大大提高機(jī)床適應(yīng)性和加工效率。因此特別適用于數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜銑床和加工中心上使用。其缺點(diǎn)是整個(gè)換刀過程動(dòng)作較多、換刀時(shí)間較長(zhǎng)、系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性較差。（2）刀具交換裝置 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置中，實(shí)現(xiàn)刀庫與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具的交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換和采用

13、機(jī)械手交換刀具。刀具交換方式與它們的具體結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床的工作效率和工作可靠性有直接的影響。無機(jī)械手的換刀系統(tǒng)一般是采用不把刀庫放在主軸箱可以運(yùn)動(dòng)到的位置，或整個(gè)刀庫或某一刀位能移動(dòng)到主軸箱可以到達(dá)的位置。同時(shí)，刀庫中刀具的存放方向一般與主軸上的裝刀方向一致。換刀時(shí)由主軸運(yùn)動(dòng)到刀庫上的換刀位置，利用主軸直接取走或放回刀具。3.刀庫自動(dòng)換刀的動(dòng)作過程 我們以VMC15加工中心為例，它具有安裝21把刀具的刀庫，其換刀過程靠刀庫的移動(dòng)、轉(zhuǎn)位以及主軸箱的上、下移動(dòng)來完成，無須機(jī)械手交換刀具，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可提供可靠快速的刀具交換方式，目前刀具數(shù)目在30把以下的應(yīng)用較普遍。 該加工中心刀具在主軸上夾緊與放松的基本

14、原理是以碟形彈簧的彈性力拉緊，氣缸的氣壓力松開。刀桿采用7：24的大錐度錐柄，其尾部固定一拉釘，只要拉緊拉釘就可以把刀桿的錐面定位于主軸端部的錐孔中。 換刀前必須先將刀柄松開，為此發(fā)出換刀信息后，其壓縮空氣進(jìn)入拉桿尾部的氣缸，活塞受到的氣壓力克服碟形彈簧的彈性力，從而壓縮碟形彈簧，拉桿下移使鋼球能從徑向孔中劃出，解除了刀桿的拉力。如圖3.4所示為VMC15加工中心刀庫結(jié)構(gòu)示意圖。 1刀柄 2刀柄卡簧 3槽輪套 4，5接近開關(guān) 6轉(zhuǎn)位電動(dòng)機(jī)7碟形彈簧 8電動(dòng)機(jī)支架9刀庫轉(zhuǎn)軸 10馬氏槽輪 11刀盤 12杠桿 13支架 14刀庫導(dǎo)軌 15，20帶輪 16接近開關(guān)17帶輪軸 18刀庫架 19刀庫移動(dòng)

15、電動(dòng)機(jī) 21傳動(dòng)帶 1）刀具自動(dòng)換刀的動(dòng)作過程。如果把主軸上的6號(hào)刀換成8號(hào)刀，其過程如下：（1）主軸上的6號(hào)刀裝入刀庫中的6號(hào)刀位主軸箱回零（Z軸），即位于換刀位置。主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，且周向定位停止。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào)，電動(dòng)機(jī)6轉(zhuǎn)動(dòng)，通過槽輪套3帶動(dòng)馬氏槽輪10間歇轉(zhuǎn)位，直至6號(hào)空刀位對(duì)準(zhǔn)主軸方向，接近開關(guān)5發(fā)出到位信號(hào)，電動(dòng)機(jī)6停止轉(zhuǎn)動(dòng)。得到接近開關(guān)5的信號(hào)同時(shí)，電動(dòng)機(jī)19啟動(dòng)，通過帶輪20，15及傳動(dòng)帶21，帶動(dòng)杠桿12轉(zhuǎn)動(dòng)。由于杠桿12前的銷子插入支架13的長(zhǎng)槽中，而支架13又與電動(dòng)機(jī)6的支架8由螺釘固定為一體，為此杠桿12的轉(zhuǎn)動(dòng)使刀庫沿滑移導(dǎo)軌14移至主軸下端，同時(shí)刀庫周向的防護(hù)門打開

16、，主軸上的6號(hào)刀插入刀盤11的6號(hào)刀位裝刀槽中，此時(shí)接近開關(guān)16發(fā)出信號(hào)，表示裝刀完畢。主軸中的松刀氣缸作用，放松6號(hào)刀具，主軸箱上移至特定位置。這樣完成了主軸上的6號(hào)刀裝入刀庫的全部動(dòng)作。 （2）刀庫中的8號(hào)刀具裝入主軸主軸箱上移后發(fā)出信號(hào)，電動(dòng)機(jī)6轉(zhuǎn)動(dòng)，馬氏槽輪10轉(zhuǎn)位，由于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置刀號(hào)為順時(shí)針排序，因此這時(shí)馬氏槽輪10逆時(shí)針轉(zhuǎn)至8號(hào)刀位，即8號(hào)刀具位于主軸下端，接近開關(guān)5發(fā)出到位信號(hào)，電動(dòng)機(jī)6停止轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸箱下移，使8號(hào)刀具的刀柄插入主軸孔內(nèi)，放松氣缸，則刀具靠碟彈簧的恢復(fù)力夾緊于主軸中。由氣缸的放松發(fā)出信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)19反向轉(zhuǎn)動(dòng)，刀庫移至原位，同時(shí)刀庫周向防護(hù)門關(guān)閉，接近開關(guān)16發(fā)

17、出刀庫歸位信號(hào)，整個(gè)換刀過程結(jié)束。2）刀庫自動(dòng)換刀系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）刀庫中刀盤的轉(zhuǎn)位采用馬氏槽輪機(jī)構(gòu)，使其轉(zhuǎn)位呈現(xiàn)每一刀位的間歇轉(zhuǎn)位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位準(zhǔn)確。（2）換刀時(shí)刀盤可實(shí)現(xiàn)雙向任意轉(zhuǎn)位，以最短的路徑雙向轉(zhuǎn)位選刀，縮短換刀的輔助時(shí)間。（3）利用可編程控制器實(shí)現(xiàn)隨機(jī)換刀。即由PLC對(duì)刀庫中刀座進(jìn)行編碼，一旦設(shè)定好刀號(hào)，其刀庫中刀位的排序存入數(shù)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)器，關(guān)機(jī)也不會(huì)丟失，只有重新設(shè)定刀號(hào)才能更改前一次設(shè)定的刀號(hào)。換刀時(shí)根據(jù)刀座的編號(hào)來選取刀座中相應(yīng)的刀具。（4）具有刀庫的超重保護(hù)，為保證刀具的可靠夾持，對(duì)刀具的質(zhì)量做了規(guī)定，當(dāng)?shù)稁鞌y帶刀具一起的質(zhì)量超過給定量時(shí)，則碟形彈簧7往下壓縮，接近開關(guān)4

18、發(fā)出刀庫超重信號(hào)，從而使系統(tǒng)停止工作。3.1.3數(shù)控銑床與加工中心分類及主要技術(shù)參數(shù)1.數(shù)控銑床的分類 數(shù)控銑床是一種用途廣泛的數(shù)控機(jī)床，根據(jù)不同方法可分為不同的類型。 按主軸軸線位置方向分為數(shù)控立式銑床和數(shù)控臥式銑床。 按加工功能分為數(shù)控銑床、數(shù)控仿形銑床和數(shù)控齒輪銑床等。 按控制坐標(biāo)軸數(shù)分兩坐標(biāo)數(shù)控銑床、兩坐標(biāo)半數(shù)控銑床、三坐標(biāo)數(shù)控銑床等。 按伺服系統(tǒng)分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)數(shù)控銑床。2數(shù)控銑床主要技術(shù)參數(shù) 機(jī)床規(guī)格與技術(shù)要求（1）加工范圍工作臺(tái)面尺寸(寬長(zhǎng)) 400mm800mmX/Y/Z向最大行程 600mm/400mm/500mm工作臺(tái)最大承載重量 500 Kg最大立銑刀直徑 50mm

19、（2）機(jī)床主軸控制: 采用交流變頻器和交流變頻電機(jī)控制。 主軸轉(zhuǎn)速范圍（變頻,無級(jí)）606000rpm主軸錐孔ISO40主軸刀柄BT40刀柄拉釘P40T主軸電機(jī)功率 5.5 KW（3）機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)控制: 采用交流伺服驅(qū)動(dòng)單元與交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 快速移動(dòng)速度（X向） 8000 mm/min（Y向） 8000 mm/min（Z向） 4000 mm/min進(jìn)給電機(jī)扭矩（X向） 11 Nm（Y向） 11 Nm（Z向） 11 Nm（4）機(jī)床精度:機(jī)床的定位精度及重復(fù)定位精度按國家數(shù)控床身銑床精度專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)。精度值應(yīng)滿足要求。定位精度（X向） 0.030 mm（Y向） 0.030 mm（

20、Z向）0.030 mm重復(fù)定位精度（X向） 0.010 mm（Y向）0.010 mm（Z向）0.010 mm 3.加工中心的分類 1）按照機(jī)床形態(tài)分類 可分為立式、臥式、龍門式和萬能加工中心。 （1）立式加工中心 是指主軸軸線垂直設(shè)置的加工中心，如圖3.5所示。其結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱式，工作臺(tái)為長(zhǎng)方形，十字滑臺(tái)，適合加工各類銑削類零件，具有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，并可在工作臺(tái)上安裝一個(gè)水平的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用以加工螺旋線類零件。立式加工中心的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、價(jià)格低。 （2）臥式加工中心 是指主軸軸線水平設(shè)置的加工中心，如圖3.6所示。臥式加工中心一般為固定立柱式或固定工作臺(tái)式。固定立柱式的臥式加

21、工中心的立柱不動(dòng)，主軸箱在立柱上做上下移動(dòng)，工作臺(tái)可在水平面上做兩個(gè)方向（X、Z）移動(dòng)，固定工作臺(tái)式的臥式加工中心其Z坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)由立柱移動(dòng)來定位，安裝工件的工作臺(tái)只完成X坐標(biāo)移動(dòng)。 臥式加工中心通常帶有可進(jìn)行分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的正方形分度工作臺(tái)，一般具有35個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，常見的是三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)（沿X、Y、Z軸方向）加一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（回轉(zhuǎn)工作臺(tái)），它能夠使工件在一次裝夾后完成除安裝面和頂面以外的其余四個(gè)面的加工，最適合箱體類工件的加工。與立式加工中心相比較，臥式加工中心的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，重量大，價(jià)格也較高。 （3）龍門式加工中心 如圖3.7所示龍門式加工中心形狀與龍門式數(shù)控銑床相似，主軸多為垂直設(shè)

22、置，帶有自動(dòng)換刀裝置、可更換的主軸頭附件，數(shù)控裝置的軟件功能也較齊全，能夠一機(jī)多用，尤其適用于大型或形狀復(fù)雜的工件，如航天工業(yè)與大型氣輪機(jī)上的某些零件的加工。 （4）萬能加工中心 這種加工中心具有立式和臥式加工中心的功能，在工件的一次裝夾后，能完成除安裝面外的所有五個(gè)面的加工，故又稱為五面加工中心。常見的五面加工中心有兩種形式，一種是主軸可以旋轉(zhuǎn)90，既可以像立式加工中心那樣工作，也可以像臥式加工中心那樣工作；另一種是主軸不改變方向，而工作臺(tái)可以帶著工件旋轉(zhuǎn)90完成對(duì)工件五個(gè)表面的加工，可以使工件的形位誤差降到最低，省去二次裝夾的工裝，從而提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。但是由于五面加工中心存在著

23、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、占地面積大等缺點(diǎn)，所以它的使用和生產(chǎn)在數(shù)量上遠(yuǎn)不如其它類型的加工中心應(yīng)用廣泛。 2）按自動(dòng)換刀裝置分類 按自動(dòng)換刀裝置分類，通?？煞譃橐韵滤念悾?（1）轉(zhuǎn)塔頭加工中心 有立式和臥式兩種。主軸數(shù)一般為612個(gè)，這種結(jié)構(gòu)換刀時(shí)間短、刀具數(shù)量少、主軸轉(zhuǎn)塔頭定位精度要求較高。一般在小型立式加工中心上采用轉(zhuǎn)塔刀庫形式，主要以孔加工為主。 （2）刀庫+主軸換刀加工中心 這種加工中心特點(diǎn)是無機(jī)械手式主軸換刀，其換刀是通過刀庫和主軸箱的配合動(dòng)作來完成，并由主軸箱上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行選刀和換刀，一般是采用把刀庫放在主軸箱可以運(yùn)動(dòng)到的位置，或整個(gè)刀庫或某一刀位能移動(dòng)到主軸箱可以達(dá)到的位置，刀庫中刀具的存

24、放位置方向與主軸裝刀方向一致。換刀時(shí)主軸運(yùn)動(dòng)到刀位上的換刀位置，由主軸直接取走或放回刀庫。 （3）刀庫+機(jī)械手+主軸換刀加工中心 這種加工中心結(jié)構(gòu)多種多樣，換刀裝置是由刀庫和機(jī)械手組成，換刀機(jī)械手完成換刀工作。由于機(jī)械手卡爪可同時(shí)分別抓住刀庫上所選的刀和主軸上的刀，因此換刀時(shí)間短，并且選刀時(shí)間與機(jī)加工時(shí)間重合，因此得到廣泛應(yīng)用。 （4）刀庫+機(jī)械手+雙主軸轉(zhuǎn)塔頭加工中心 這種加工中心在主軸上的刀具進(jìn)行切削時(shí)，通過機(jī)械手將下一步所用的刀具換在轉(zhuǎn)塔頭的非切削主軸上。當(dāng)主軸上的刀具切削完畢后，轉(zhuǎn)塔頭即回轉(zhuǎn)完成換刀工作，且換刀時(shí)間短。 3）按功能特征分類 按功能特征分類，可分為鏜銑加工中心、鉆削加工中

25、心和復(fù)合加工中心。 （1）鏜銑加工中心 鏜銑加工中心和龍門式加工中心，都以鏜銑為主，適用于箱體、殼體類零件加工以及各種復(fù)雜零件的特殊曲線和曲面輪廓的多工序加工，適用于多品種、小批量的生產(chǎn)方式。 （2）鉆削加工中心 主要完成鉆削加工，刀庫形式以轉(zhuǎn)塔頭形式為主，適用于中、小批量零件的鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋與連續(xù)輪廓銑削等多工序加工。 （3）復(fù)合加工中心 復(fù)合加工中心主要指五面復(fù)合加工中心，可自動(dòng)回轉(zhuǎn)主軸頭，進(jìn)行立臥加工。主軸自動(dòng)回轉(zhuǎn)后，在水平和垂直面實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)交換。 4）按結(jié)構(gòu)特征分類 根據(jù)加工中心工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征，可分為單、雙和多工作臺(tái)。設(shè)置工作臺(tái)的目的是為了縮短零件的輔助準(zhǔn)備時(shí)間，提高生產(chǎn)

26、效率和機(jī)床自動(dòng)化程度。最常見的是單工作臺(tái)和雙工作臺(tái)兩種形式。 5）按主軸種類分類 根據(jù)主軸結(jié)構(gòu)特征，可分為單軸、雙軸、三軸及可換主軸箱的加工中心。4加工中心主要技術(shù)參數(shù)（1）加工范圍工作臺(tái)面尺寸(寬長(zhǎng)) 400mm800mmX/Y/Z向最大行程 600mm/400mm/500mm工作臺(tái)最大承載重量 300 Kg最大立銑刀直徑 40mm（2）機(jī)床主軸控制: 采用交流伺服主軸和交流伺服主軸電機(jī)控制。 主軸轉(zhuǎn)速范圍606000rpm主軸錐孔ISO40主軸刀柄BT40刀柄拉釘P40T主軸電機(jī)功率 5.5 KW（3）自動(dòng)換刀裝置刀庫容量 12把最大刀具重量 6.8 Kg最大刀具直徑 相鄰80mm/ 相鄰

27、160mm換刀時(shí)間(相鄰) 6.5 sec（4）機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)控制: 采用交流伺服驅(qū)動(dòng)單元與交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 快速移動(dòng)速度（X向）8000 mm/min（Y向）8000 mm/min（Z向）8000 mm/min進(jìn)給電機(jī)扭矩（X向）11 Nm（Y向）11 Nm（Z向）11 Nm（5）機(jī)床精度:機(jī)床的定位精度及重復(fù)定位精度按國家立式加工中心精度專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)。精度值應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。定位精度（X向） 0.025 mm（Y向） 0.020 mm（Z向）0.025 mm重復(fù)定位精度（X向） 0.015 mm（Y向）0.012 mm（Z向）0.015 mm（6）數(shù)控銑床、加工中心數(shù)控系統(tǒng)配置

28、與功能的要求控制軸數(shù)3聯(lián)動(dòng)軸數(shù)3最小設(shè)定單位0.001毫米最大編程尺寸8位最小設(shè)定單位0.001毫米進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置+永磁同步交流無刷伺服電機(jī)主軸系統(tǒng)變頻器變頻主軸電機(jī)（數(shù)控銑床）自動(dòng)加減速控制方式S型加減速度控制圖形顯示三維彩色圖形實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示刀具軌跡工作狀態(tài)顯示燈每個(gè)模態(tài)鍵上應(yīng)有狀態(tài)指示燈，使用戶操作直觀明了在線幫助功能提供編程幫助和圖例實(shí)時(shí)加工參數(shù)顯示功能機(jī)床坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系、實(shí)時(shí)跟蹤誤差、實(shí)時(shí)剩余進(jìn)給量、指令位置、實(shí)際位置實(shí)時(shí)顯示等局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）連接功能或有計(jì)算機(jī)通訊接口，可實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)程序數(shù)據(jù)斷電保護(hù)與存貯功能，用戶程序可斷電儲(chǔ)存容量512KB半閉環(huán)控制，數(shù)

29、控系統(tǒng)具有位置檢測(cè)反饋信號(hào)輸入接口數(shù)字交流伺服主軸驅(qū)動(dòng)裝置+伺服主軸電機(jī)（加工中心）進(jìn)給修調(diào)、快速修調(diào)和主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)三種控制功能，修調(diào)范圍達(dá)到10150具有擴(kuò)展軟驅(qū)、硬盤的接口，可裝載和存儲(chǔ)大量加工程序7英寸以上單色或彩色液晶顯示器，分辨率640480象素（工作臺(tái)面尺寸為300mm1000mm的數(shù)控銑床）10英寸以上單色或彩色液晶顯示器，分辨率640480象素（工作臺(tái)面尺寸 400mm1000mm的數(shù)控銑床和加工中心）具有系統(tǒng)軟件可持續(xù)升級(jí)的能力，可提供二次開發(fā)工具軟件包數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家通過ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證間隙及螺距誤差補(bǔ)償功能，補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)128點(diǎn)藍(lán)圖編程功能漢字菜單斷點(diǎn)保存與恢復(fù)功能

30、編輯功能(包括后臺(tái)編輯功能)從指定的任意行運(yùn)行加工功能顯示屏亮度手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)功能程序跳段功能空運(yùn)行、模擬加工和圖形化程序校驗(yàn)功能故障監(jiān)控、診斷與報(bào)警功能系統(tǒng)參數(shù)備份與恢復(fù)功能歷史故障記憶功能電子手輪跟蹤誤差允差設(shè)定與報(bào)警功能具有第四軸的擴(kuò)展能力手動(dòng)/自動(dòng)/單步/MDI等多種運(yùn)行方式DNC接口通訊功能行程極限的軟件、硬件限位功能可外接101鍵盤的接口（7）數(shù)控系統(tǒng)編程功能要求直線、圓弧、螺旋線、正弦線插補(bǔ)功能參數(shù)編程、宏程序編程功能，支持邏輯運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、條件判別和循環(huán)語句標(biāo)準(zhǔn)的G功能、M功能、T功能，數(shù)控編程指令與國際標(biāo)準(zhǔn)兼容，支持常用CAD/CAM系統(tǒng)生成的數(shù)控加工程序直線、圓弧、螺旋線

31、、正弦線插補(bǔ)功能螺紋功能（公制，英制）、多種攻絲切削功能、剛性攻絲（加工中心）多種銑削固定循環(huán)、多種粗精銑削加工固定循環(huán)和復(fù)合循環(huán)、攻絲與逆攻絲、鉆孔、深鉆孔、定心鉆循環(huán)功能、固定循環(huán)返回起始點(diǎn)和安全面功能小線段連續(xù)高速加工功能（G64）和準(zhǔn)確定位功能（G61）刀具偏置和補(bǔ)償功能，刀具位數(shù)：70把，刀具偏置存儲(chǔ)器：70個(gè)多種鏜銑切削循環(huán)功能刀具圓弧半徑補(bǔ)償、長(zhǎng)度補(bǔ)償功能坐標(biāo)系可編程的零點(diǎn)偏置功能公制/英制輸入功能四重以上子程序調(diào)用功能絕對(duì)值/增量值編程旋轉(zhuǎn)、鏡像、縮放功能脈沖當(dāng)量輸入功能虛軸指定功能每分鐘/每轉(zhuǎn)進(jìn)給功能用戶自定義M指令功能自動(dòng)換刀功能（加工中心）3.2常用銑削刀具與刀柄 與傳統(tǒng)

32、加工方法相比，數(shù)控加工對(duì)刀具的要求更高。尤其在刀具的剛性及耐用度方面較傳統(tǒng)加工更為嚴(yán)格。因?yàn)榈毒呷魟傂圆缓茫瑫?huì)影響生產(chǎn)效率的提高，在加工中極易出現(xiàn)打刀的事故，也會(huì)降低加工精度。若刀具耐用度差，則需經(jīng)常換刀、對(duì)刀，從而增加輔助時(shí)間，并且容易在工件輪廓上留下接刀痕跡，影響工件表面質(zhì)量。此外，還要求刀具精度高，尺寸穩(wěn)定，安裝調(diào)整方便。所以刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要內(nèi)容之一，要注意對(duì)工件的結(jié)構(gòu)及工藝性認(rèn)真分析，結(jié)合機(jī)床加工能力、工件材料及工序內(nèi)容等綜合考慮。 1刀具材料的選擇 當(dāng)前使用的金屬切削刀具材料主要有五類：高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼（CBN）、聚晶金剛石。表3.2列出了各種刀具材料

33、的特性和用途。3.2.1刀具類型與選擇材料主要特性用途優(yōu)點(diǎn)高速鋼（HSS）比工具鋼硬低速或不連續(xù)切削刀具壽命較長(zhǎng)，加工的表面較平滑高性能高速鋼強(qiáng)韌、抗邊緣磨損性強(qiáng)可粗切或精切幾乎任何材料，包括鐵、鋼、不銹鋼、高溫合金、非鐵和非金屬材料切削速度可比高速鋼高，強(qiáng)度和韌性較粉末冶金高速鋼好粉末冶金高速鋼良好的抗熱性和抗碎片磨損切削鋼、高溫合金、不銹鋼、鋁、碳鋼及合金鋼和其它不易加工的材料切削速度可比高性能高速鋼高15硬質(zhì)合金耐磨損、耐熱可鍛鑄鐵、碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鋁合金的精加工壽命比一般傳統(tǒng)碳鋼高20倍陶瓷高硬度、耐熱沖擊性好高速粗加工，鑄鐵和鋼的精加工也適合加工有色金屬和非金屬材料不適合加工鋁

34、、鎂、鈦及其合金高速切削速度可達(dá)5000m/s立方氮化硼CBN超強(qiáng)硬度和耐磨性好硬度大于450 HBW材料的高速切削刀具壽命長(zhǎng)聚晶金剛石超強(qiáng)硬度和耐磨性好粗切和精切鋁等有色金屬和非金屬材料刀具壽命長(zhǎng) 根據(jù)數(shù)控加工對(duì)刀具的要求，選擇刀具材料的一般原則是盡可能選用硬質(zhì)合金刀具，但不同國家和生產(chǎn)廠家有不同的標(biāo)準(zhǔn)和系列。表3.3列出常見廠家和國家的牌號(hào)。ISOANSI中國山特維克適合加工材料P01C8C7C6C5YN05F02產(chǎn)生帶狀切屑的鐵金屬；P05YN10S1PP10YN15S1PP15S2P20YT14S2P25S4P30YT5S4P40S6P50S8M10YW1H1P產(chǎn)生節(jié)狀切屑或粒狀切屑的

35、鐵金屬；非鐵金屬；M20YW2H1PM30M40R4K01C4C3C2C1YG3XH05產(chǎn)生粒狀切屑或崩碎切屑的鐵金屬；非鐵金屬；非金屬材料。K05YG3K10YG6XH10K20YG6H20K30YG8NH20K40 2平面銑刀的種類 從刀具的結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面來看，數(shù)控銑削加工應(yīng)盡可能采用鑲塊式機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片以減少刀具磨損后的更換和預(yù)調(diào)時(shí)間。如圖3.8所示為各種類型銑刀應(yīng)用場(chǎng)合。 1）面銑刀 面銑刀一般采用盤狀體上機(jī)夾刀片或刀頭組成，常用于銑削較大的平面。其結(jié)構(gòu)如圖3.9所示。 銑削刀具齒距是刀刃上某點(diǎn)和下一刀上相同點(diǎn)之間的距離。面銑削刀具分為疏齒、密齒和超密齒，分別如圖3.10中的（a）、（b

36、）、（c）所示。（a）疏齒 （b）密齒 （c）超密齒 當(dāng)穩(wěn)定性和功率有限時(shí)，采用疏齒方式，減少了刀片數(shù)目并采用不等齒距可得到最高生產(chǎn)率；在一般用途生產(chǎn)和混合生產(chǎn)條件下首選密齒；在穩(wěn)定條件下，采用超密齒形式可獲得最高生產(chǎn)率。 面銑刀盤直徑和位置選擇應(yīng)根據(jù)工件尺寸，主要是根據(jù)工件寬度選擇銑刀直徑，如圖3.11所示。當(dāng)然在選擇過程中，機(jī)床功率是首要考慮的因素。為了達(dá)到更好的切削效果，刀具的位置、刀齒和工件接觸形式也要進(jìn)行考慮。一般來說，用于面銑刀的直徑應(yīng)比切寬大2050%。 2）立銑類刀具 立銑刀：應(yīng)用范圍廣，用于加工各種凹槽、臺(tái)階面以及成形表面。其主切削刃位于圓周面上，端面上的切削刃是副切削刃，故

37、切削時(shí)一般不宜沿軸線方向進(jìn)給。如圖3.12所示。鍵槽銑刀：用于加工封閉鍵槽。外形類似立銑刀，有兩個(gè)刀齒，端面切削刃為主切削刃，圓周的切削刃是副切削刃。球頭銑刀：屬于立銑刀類，主要用于加工模具型腔或凸模成形表面。 曲面加工常采用球頭銑刀，但加工曲面較平坦部位時(shí)，刀具以球頭頂端刃切削，切削條件較差，因而應(yīng)采用圓鼻刀。在單件或小批量生產(chǎn)中，為取代多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)機(jī)床，常采用鼓形刀或錐形刀來加工一些變斜角零件，其效率比用球頭銑刀高近十倍，并可獲得好的加工精度。球頭刀一般在曲面曲率變化較大，易發(fā)生干涉或精加工中采用。對(duì)于一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常用的刀具有球形銑刀、圓鼻銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤

38、銑刀，如圖3.13所示。（a）球頭刀 （b）圓鼻刀 （c）鼓形刀 （d）錐形刀 （e）盤形刀3）粗銑球頭仿形銑刀粗銑球頭仿形銑刀的結(jié)構(gòu)如圖3.14所示，其主要技術(shù)特色如下:（1）刀具整體設(shè)計(jì)雙負(fù)結(jié)構(gòu)，采用了-10的刃傾角，刀具具有極高的抗沖擊性能和抗振動(dòng)性能，同時(shí)采用負(fù)的刃傾角可以提高排屑性能；（2）刀片的定位設(shè)計(jì)采用了最為穩(wěn)定的三角面定位原理，采用一次定位磨削加工完成，特殊開發(fā)的檢查夾具控制，定位精度非常高；（3）刀片的的刃形設(shè)計(jì)非常有特色，只用了一個(gè)圓弧和直線構(gòu)造刀片刃形輪廓，通過特殊的造型處理，刃形的設(shè)計(jì)理論精度達(dá)到：球形刃最大誤差僅為0.005mm,直線刃的最大誤差為0.02mm,這樣

39、設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是大批量制造容易實(shí)現(xiàn)，刀片的刃形僅為一個(gè)直線和一個(gè)圓弧，這是最為簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)思路，大大降低了包括模具、刀片研磨等工序的制造復(fù)雜性；（4）雙后角設(shè)計(jì)，保證刀具有足夠的刃部強(qiáng)度的同時(shí)可以大進(jìn)給強(qiáng)力切削；（5）刀體設(shè)計(jì)與制造采用最為先進(jìn)的理念，刀體的精度達(dá)到作為標(biāo)片研磨檢查夾具的精度要求，刀體設(shè)計(jì)中充分考量了刀具在極為惡劣的使用狀況下的安全問題，經(jīng)過有限元應(yīng)力分析，所有應(yīng)力集中的區(qū)域采用圓滑化設(shè)計(jì)處理，確保強(qiáng)力切削的使用狀況下刀體的絕對(duì)安全?！纠?.1】：加工長(zhǎng)形葉片工件示意圖，球頭刀具的加工區(qū)域如圖3.15所示。 4）三面刃銑刀 三面刃銑刀的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸座側(cè)面組合銑刀、電

40、力機(jī)車轉(zhuǎn)向架重型三面刃銑刀、大型孔的密封圈槽銑刀、STAMA車銑中心有一把核心刀具就是SLITTING CUTTER、螺旋槽銑刀等等。 三面刃的種類非常多，根據(jù)用途主要有以下幾種： （1）切斷型，形式多種多樣，SANDVIK、ISCAR等公司采用車削切斷刀片采用SELF-GRIP（自壓緊）鎖緊刀片，刀體制造工藝異常復(fù)雜，變形包括熱處理變形和鎖緊力變形，沒有大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及強(qiáng)大有限元分析支持，根本無法問津；另一種形式采用四邊形淺槽車削刀片，采用SREW-ON（螺釘壓緊）鎖緊刀片，這是由SECO公司與80年代初開發(fā)成功，其它公司進(jìn)行一些變種，如WEDIA采用三角形刀片、KORLOY采用五角形刀片，這

41、種結(jié)構(gòu)形式切削效率明顯低于第一種結(jié)構(gòu)，特別是切薄壁件或細(xì)長(zhǎng)件等剛性不好的工件時(shí)特別不利，但具有制造容易、刀片切削刃多且形狀簡(jiǎn)單，相對(duì)經(jīng)濟(jì)性要好，現(xiàn)在仍是主流結(jié)構(gòu)并且沒有專利保護(hù)，因此切斷型的選擇SECO結(jié)構(gòu)。如圖3.16所示。（2）單側(cè)面加工，如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸座側(cè)面加工，根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求有多種倒角或倒圓要求，刀片種類十分繁多；（3）溝槽加工，如銑刀螺旋槽，被加工槽寬度必須根據(jù)用戶要求精調(diào)，同樣底部有多種倒角或倒圓要求，刀片種類十分繁多；（4）特種重型加工，如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸內(nèi)外銑、電力機(jī)車轉(zhuǎn)向架定位槽、電力機(jī)車電機(jī)內(nèi)槽加工刀具都屬于這一類型刀具。 5）麻花鉆頭 麻花鉆一般由高速鋼制成。其結(jié)構(gòu)如圖3.17

42、所示，切削部分包含有兩個(gè)前刀面、兩個(gè)后刀面和兩個(gè)副后刀面共六個(gè)面和兩個(gè)主切削刃、兩個(gè)副切削刃和一個(gè)橫刃共五個(gè)刃。但由于其結(jié)構(gòu)上的缺陷，從而在使用過程中產(chǎn)生以下的缺點(diǎn)：（1）主切削刃上各點(diǎn)的前角值差別很大，從外緣處的+30左右變化到接近鉆心的-30左右，因此各點(diǎn)的切削條件差異很大。（2）橫刃處的前角為5460，而且橫刃較長(zhǎng)，定心不佳，鉆削時(shí)在該處產(chǎn)生嚴(yán)重的擠壓和摩擦，進(jìn)給力很大。（3）由于主切削刃較長(zhǎng)，因而切削寬度較大，加之各點(diǎn)切削速度的大小和方向不一，從而給切屑卷曲、排出以及切削液對(duì)切削區(qū)的注入都帶來困難。（4）主、副切削刃的交接處切削速度最高，切削刃的強(qiáng)度和散熱條件最差，且副后角為零度，因此

43、該處磨損最快，影響鉆頭的耐用度。 6）鉸刀 鉸刀有手用鉸刀和機(jī)用鉸刀兩種。其中手用鉸刀多為直柄，末端有方頭，以便鉸刀桿裝夾，其直徑通常為150mm；機(jī)用鉸刀多為錐柄，便于裝夾在機(jī)床的主軸孔內(nèi)，其直徑通常為1080mm。如圖3.18所示，鉸刀的特點(diǎn)為直槽，有612個(gè)刀齒（多為偶數(shù)，便于測(cè)量鉸刀的直徑）。擔(dān)負(fù)主要切削工作的切削部分常做成錐形。校準(zhǔn)部分為圓柱形，用于孔的校正、修光。 3刀具的選擇 （1）銑刀的選擇 刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要內(nèi)容之一，它不僅影響數(shù)控機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。況且數(shù)控加工較傳統(tǒng)加工對(duì)刀具的要求更高。不僅要求精度高、剛度好、耐用性強(qiáng)，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝

44、調(diào)整方便。這就要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料制造數(shù)控加工刀具，并優(yōu)選刀具參數(shù)。選取刀具時(shí)，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應(yīng)。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀。銑削平面時(shí)，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺(tái)、凹槽時(shí)，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時(shí)，可選鑲硬質(zhì)合金的玉米銑刀。絕大部分銑刀由專業(yè)工具廠制造，我們只需選好銑刀的參數(shù)就可。銑刀的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：直徑d0、寬度（或長(zhǎng)度）L及齒數(shù)Z。 刀具半徑r應(yīng)小于零件內(nèi)輪廓面的最小曲率半徑，一般取r=(0.80.9)。 零件的加工高度H(1416)r，以保證刀具有足夠的剛度。 對(duì)不通孔(深槽)，選取L=H+(510)mm(L為刀具

45、切削部分長(zhǎng)度，H為零件高度)。 加工通孔及通槽時(shí)，選取L=Hrc+(510)mm(rc為刀尖角半徑)。 銑刀直徑d0是銑刀的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，其大小對(duì)銑削過程和銑刀的制造成本有直接影響。選擇較大銑刀直徑，可以采用較粗的心軸，提高加工系統(tǒng)剛性，切削平穩(wěn)，加工表面質(zhì)量好，還可增大容屑空間，提高刀齒強(qiáng)度，改善排屑條件。另外，刀齒不切削時(shí)間長(zhǎng)，散熱好，可采用較高的銑削速度。但選擇大直徑銑刀也有一些不利因素，如刀具成本高，切削扭矩大，動(dòng)力消耗大，切入時(shí)間長(zhǎng)等。綜合以上考慮，在保證足夠的容屑空間及刀桿剛度的前提下，宜選擇較小的銑刀直徑。某些情況下則由工件加工表面尺寸確定銑刀直徑。例如，銑鍵槽時(shí)，銑刀直徑應(yīng)等于

46、槽寬。 銑刀齒數(shù)Z對(duì)生產(chǎn)效率和加工表面質(zhì)量有直接影響。同一直徑的銑刀，齒數(shù)愈多，同時(shí)切削的齒數(shù)也愈多，使銑削過程較平穩(wěn)，因而可獲得較好的加工質(zhì)量。另外，當(dāng)每齒進(jìn)給量一定時(shí)，可隨齒數(shù)的增多而提高進(jìn)給速度，從而提高生產(chǎn)率。但過多的齒數(shù)會(huì)減少刀齒的容屑空間，因此不得不降低每齒進(jìn)給量，這樣反而降低了生產(chǎn)率。一般按工件材料和加工性質(zhì)選擇銑刀的齒數(shù)。例如，粗銑鋼件時(shí)，首先須保證容屑空間及刀齒強(qiáng)度，應(yīng)采用粗齒銑刀；半精銑或精銑鋼件、粗銑鑄鐵件時(shí)，可采用中齒銑刀；精銑鑄鐵件或銑削薄壁鑄鐵件時(shí)，宜采用細(xì)齒銑刀。 （2）孔加工刀具的選擇 數(shù)控鉆孔一般無鉆模，鉆孔剛度差，應(yīng)使鉆頭直徑D滿足LD5(L為鉆孔深度)。鉆

47、大孔時(shí)，可采用剛度較大的硬質(zhì)合金扁鉆；鉆淺孔時(shí)(LD2)宜采用硬質(zhì)合金的淺孔鉆，以提高效率和加工質(zhì)量。 鉆孔時(shí)，應(yīng)選用大直徑鉆頭或中心鉆先锪一個(gè)內(nèi)堆坑，作為鉆頭切入時(shí)的定心錐面，再用鉆頭鉆孔，所锪的內(nèi)錐面也是孔口的倒角，有硬皮時(shí)，可用硬質(zhì)合金銑刀先銑去孔口表皮，再锪錐孔和鉆孔。 精鉸孔可采用浮動(dòng)鉸刀，但鉸前孔口要倒角。 鏜孔一般是懸臂加工，應(yīng)盡量采用對(duì)稱的兩刃或兩刃以上的鏜刀頭進(jìn)行切削，以平衡徑向力，減輕鏜削振動(dòng)。對(duì)階梯孔的鏜削加工采用組合鏜刀，以提高鏜削效率。精鏜宜采用微調(diào)鏜刀。選擇鏜刀主偏角接近90，大于75。 鏜孔加工除選擇刀片與刀具外，還要考慮鏜桿的剛度，盡可能選擇較粗（接近鏜孔直徑）

48、的刀桿，及選擇較短的刀桿臂，以防止或消除振動(dòng)。當(dāng)?shù)稐U臂小于4倍刀桿直徑時(shí)可用鋼制刀桿，加工要求較高的孔時(shí)最好選用硬質(zhì)合金制刀桿。當(dāng)?shù)稐U臂為47倍刀桿直徑時(shí)，小孔用硬質(zhì)合金制刀桿，大孔用減振刀桿。當(dāng)?shù)稐U臂為710倍的刀桿直徑時(shí)，需采用減振刀桿。此外，在加工中心上，各種刀具分別裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時(shí)進(jìn)行選刀和換刀工作。 （3）平面銑刀的選擇 選擇銑刀時(shí)，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應(yīng)。粗銑平面時(shí)，因切削力大，故宜選較小直徑的銑刀，以減少切削扭矩；精銑時(shí)，可選大直徑銑刀，并盡量包容工件加工面的寬度，以提高效率和加工表面質(zhì)量。 4.切削用量的選擇 切削用量是加工過程中重要的組成部

49、分，合理地選擇切削用量，不但可以提高切削效率，還可以提高零件的表面精度，影響切削用量的因素有機(jī)床的剛度、刀具的使用壽命、工件的材料、切削液等。 1）銑削用量的選擇 銑削用量的選擇是否合理直接影響工件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和刀具耐用度。合理選擇銑削用量的原則是：粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本，具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說明書、切削用量手冊(cè)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。 確定銑削深度時(shí)，如果機(jī)床功率和工藝系統(tǒng)剛性允許而加工質(zhì)量要求不高（Ra值不小于5m），且加工余量又不大（一般不超過6mm），可以一次銑去全部余量。若

50、加工質(zhì)量要求較高或加工余量太大，銑削則應(yīng)分多次進(jìn)行。在工件寬度方向上，一般應(yīng)將余量一次切除。 加工條件不同，選擇的切削速度c和每齒進(jìn)給量fz也應(yīng)不同。工件材料較硬時(shí)，fz與c值應(yīng)取得小些；刀具材料韌性較大時(shí)，fz值可取得大些；刀具材料硬度較高時(shí)，c的值可取得大些；銑削深度較大時(shí)，fz與c值應(yīng)取得小些。 2）鉆削用量的選擇 （1）鉆頭直徑 鉆頭直徑由工藝尺寸確定?？讖讲淮髸r(shí)，可將孔一次鉆出。工件孔徑大于35mm時(shí)，若仍一次鉆出孔徑，往往由于受機(jī)床剛度的限制，必須大大減小進(jìn)給量。若兩次鉆出，可取大的進(jìn)給量，既不降低生產(chǎn)效率，又提高了孔的加工精度。先鉆后擴(kuò)時(shí)，鉆孔的鉆頭直徑可取孔徑的5070。 （2

51、）進(jìn)給量 小直徑鉆頭主要受鉆頭的剛性及強(qiáng)度限制，大直徑鉆頭主要受機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度及工藝系統(tǒng)剛性限制。在以上條件允許的情況下，應(yīng)取較大的進(jìn)給量，以降低加工成本，提高生產(chǎn)效率。普通麻花鉆鉆削進(jìn)給量可按以下經(jīng)驗(yàn)公式估算選?。?=（0.010.02）d0 式中，d0為孔的直徑。 （3）鉆削速度 鉆削的背吃刀量（即鉆頭半徑）、進(jìn)給量及鉆削速度都對(duì)鉆頭耐用度產(chǎn)生影響，但背吃刀量對(duì)鉆頭耐用度的影響與車削不同。當(dāng)鉆頭直徑增大時(shí)，盡管增大了切削力，但鉆頭體積也顯著增加，因而使散熱條件明顯改善。實(shí)踐證明，鉆頭直徑增大時(shí)，切削溫度有所下降。因此，鉆頭直徑較大時(shí)，可選取較高的切削速度。目前有不少高性能材料制做的鉆頭，

52、其切削速度宜取更高值。一般情況下，鉆削速度可參考表3.4選取。工件材料低碳鋼中、高碳鋼合金鋼鑄鐵鋁合金銅合金鉆削速度2530202515202025407020403.2.2刀柄 加工中心的主軸錐孔通常分為兩大類，即錐度為7:24的通用系統(tǒng)和1:10的HSK真空系統(tǒng)。因此對(duì)應(yīng)主軸錐孔的刀柄也有如下兩種： 1.7:24錐度的通用刀柄 錐度為7:24的通用刀柄通常有五種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格，即NT（傳統(tǒng)型）、DIN 69871（德國標(biāo)準(zhǔn)）、IS0 7388/1（國際標(biāo)準(zhǔn)）、MAS BT（日本標(biāo)準(zhǔn)）以及ANSI/ASME（美國標(biāo)準(zhǔn)）。NT型刀柄的德國標(biāo)準(zhǔn)為DIN 2080，是在傳統(tǒng)型機(jī)床上通過拉桿將刀柄拉緊，

53、國內(nèi)也稱為ST；其它四種刀柄均是在加工中心上通過刀柄尾部的拉釘將刀柄拉緊。 目前國內(nèi)使用最多的是DIN 69871型（即JT）和MAS BT型兩種刀柄。DIN 69871型的刀柄可以安裝在DIN 69871型和ANSI/ASME主軸錐孔的機(jī)床上，IS0 7388/1型的刀柄可以安裝在DIN 69871型、IS0 7388/1和ANSI/ASME主軸錐孔的機(jī)床上，所以就通用性而言，IS0 7388/1型的刀柄是最好的。 （1）拉釘 拉釘有三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：角、長(zhǎng)度l以及螺紋G，如圖3.19所示。根據(jù)三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的不同，不同刀柄配備的拉釘也不同。當(dāng)然，拉釘還有是否帶內(nèi)冷卻孔之分。 關(guān)于刀柄拉釘?shù)慕怯腥?/p>

54、下幾種情況： MAS BT（日本標(biāo)準(zhǔn)）刀柄拉釘角有45、60和90之分，常用的是45和60的； DIN 69871刀柄拉釘（通常稱為DIN 6987240/50）角只有75一種； IS0 7388/1刀柄拉釘（通常稱為IS0 7388/240/50）角有45和75之分； ANSI/ASME（美國標(biāo)準(zhǔn)）刀柄拉釘角有45、60和90之分。 關(guān)于刀柄拉釘?shù)穆菁yG，除ANSI/ASME（美國標(biāo)準(zhǔn)）刀柄拉釘存在有英制螺紋標(biāo)準(zhǔn)外，其它三種均使用公制螺紋，40#刀柄拉釘通常使用M16螺紋，50#刀柄拉釘通常使用M24螺紋。 （2）DIN 2080型（簡(jiǎn)稱 NT或ST） DIN 2080是德國標(biāo)準(zhǔn)，即國際標(biāo)準(zhǔn)

55、ISO 2583，是我們通常所說NT型刀柄，不能用機(jī)床的機(jī)械手裝刀而用手動(dòng)裝刀。如圖3.20所示。 （3）DIN 69871型（簡(jiǎn)稱JT、DIN、DAT或DV） DIN 69871型分為兩種，即DIN 69871 A/AD型和DIN 69871 B型，前者是中心內(nèi)冷，后者是法蘭盤內(nèi)冷，其它尺寸相同。如圖3.21所示。(a) DIN 69871 A/AD型 (b) DIN 69871 B型 （4）ISO 7388/1 型（簡(jiǎn)稱IV或IT） 其刀柄安裝尺寸與DIN 69871 型沒有區(qū)別，但由于ISO 7388/1 型刀柄的D4值小于DIN 69871型刀柄的D4值，所以將ISO 7388/1型刀

56、柄安裝在DIN 69871型錐孔的機(jī)床上是沒有問題的，但將DIN 69871 型刀柄安裝在ISO 7388/1型機(jī)床上則有可能會(huì)發(fā)生干涉。如圖3.22所示。（5）MAS BT型（簡(jiǎn)稱BT）BT型是日本標(biāo)準(zhǔn)，安裝尺寸與 DIN 69871、IS0 7388/1及ANSI完全不同，不能換用。BT型刀柄的對(duì)稱性結(jié)構(gòu)使它比其它三種刀柄的高速穩(wěn)定性要好。如圖3.23所示。 （6）ANSI B5.50型（簡(jiǎn)稱CAT） ANSI B5.50型是美國標(biāo)準(zhǔn)，安裝尺寸與DIN 69871、IS0 7388/1類似，但由于少一個(gè)楔缺口，所以ANSI B5.50型刀柄不能安裝在DIN 69871和IS07388/1機(jī)

57、床上，但DIN 69871和IS0 7388/1刀柄可以安裝在ANSI B5.50型機(jī)床上。如圖3.24所示。 2.1:10的HSK真空刀柄 HSK真空刀柄的德國標(biāo)準(zhǔn)是DIN69873，有六種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格，即HSK-A、HSK-B、HSK-C、HSK-D、HSK-E和HSK-F，常用的有三種：HSK-A(帶內(nèi)冷自動(dòng)換刀)、HSK-C(帶內(nèi)冷手動(dòng)換刀)和HSK-E(帶內(nèi)冷自動(dòng)換刀，高速型)7:24的通用刀柄是靠刀柄的7:24錐面與機(jī)床主軸孔的7:24錐面接觸定位連接的，在高速加工、連接剛性和重合精度三方面有局限性。 HSK真空刀柄靠刀柄的彈性變形，不但刀柄的1:10錐面與機(jī)床主軸孔的1:10錐面接

58、觸，而且使刀柄的法蘭盤面與主軸面也緊密接觸，這種雙面接觸系統(tǒng)在高速加工、連接剛性和重合精度上均優(yōu)于7:24的通用刀柄。 不論是7:24的通用刀柄還是1:10的HSK真空刀柄，都可以構(gòu)成整體式和模塊式兩類刀柄。下面我們以7:24的通用刀柄來介紹整體式刀柄。 整體式刀柄通常有彈簧夾頭刀柄、莫氏錐刀柄、鉆夾頭刀柄、側(cè)固式刀柄、攻絲刀柄、面銑刀柄、強(qiáng)力銑刀柄、整體式鏜刀體等。 （1）彈簧夾頭刀柄 即我們通常所說的ER刀柄系統(tǒng)，其型號(hào)如圖3.25所示。它是目前加工中心上最常用的刀柄，可以用來夾持直柄的鉆頭、立銑刀以及絲錐等。如圖3.26所示。 （2）莫氏錐刀柄 莫氏錐刀柄分兩種：帶扁尾型和不帶扁尾型，其

59、型號(hào)分別如圖3.27中（a）和（b）所示。莫氏錐刀柄的內(nèi)孔有莫氏錐#1莫氏錐#5共五種錐號(hào)規(guī)格。如圖3.28中（a）和（b）所示。 （3）直結(jié)式鉆夾頭刀柄 又稱為整體式精密鉆夾頭刀柄，型號(hào)如圖3.29所示。不需要彈性套筒而可以在一個(gè)大的尺寸范圍內(nèi)鎖緊刀具，具有鉆孔、攻絲、立銑以及鉸孔等功能。如圖3.30所示。（4）側(cè)固式刀柄側(cè)固式刀柄的型號(hào)如圖3.31所示。它包括兩種：銑削平面的側(cè)固式銑刀柄（DIN 1835-B）和帶2斜削平面的側(cè)固式鉆刀柄（DIN 1835-E）。如圖3.32所示。（5）面銑刀柄面銑刀柄的型號(hào)如圖3.33所示。其結(jié)構(gòu)如圖3.34所示。（6）強(qiáng)力銑刀柄強(qiáng)力銑刀柄的刀體厚實(shí)，剛

60、性高振動(dòng)少；刀頭內(nèi)部帶有螺旋槽和窄槽，夾持力強(qiáng)、跳動(dòng)精度高（5以內(nèi)）并防止刀具高速時(shí)脫落。主要用于強(qiáng)力銑削、鉆孔以及剛性攻絲，同時(shí)也可用于夾持直桿鏜刀、直桿彈簧夾頭延長(zhǎng)桿、直桿攻絲夾頭。結(jié)構(gòu)如圖3.36所示。3.3刀具補(bǔ)償 加工程序中的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡通常按刀具中心和刀尖編寫，所以在程序執(zhí)行前必須輸入相應(yīng)的刀具半徑和長(zhǎng)度，這對(duì)加工中心尤其重要。 刀具半徑和長(zhǎng)度可以用普通的量具手工測(cè)量，也可用專門的刀具測(cè)量?jī)x測(cè)量。操作者可以通過每把刀的刀尖在Z軸方向相對(duì)于機(jī)床上同一“對(duì)刀面”的位置差來作為長(zhǎng)度偏移值進(jìn)行補(bǔ)償，采用數(shù)控系統(tǒng)本身提供的“半自動(dòng)刀具長(zhǎng)度測(cè)量”功能，輸入相對(duì)于“標(biāo)準(zhǔn)刀具”的長(zhǎng)度補(bǔ)償值。 自動(dòng)