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1、数控机床和刀具,主讲人：曾富洪,攀枝花学院工业设计专业,本次课知识点,1、参考模型和毛坯2、数控机床3、发展历史4、数控机床的工作原理和组成5、数控机床分类6、数控机床特点与实用范围7、刀具分类8、刀具切削部分的组成9、刀具静止参考系及坐标平面10、刀具几何角度定义11、刀具选择 12、刀柄,一、参考模型和毛坯,一、参考模型和毛坯,一、参考模型和毛坯,一、参考模型和毛坯,立式加工中心,二、数控机床,卧式加工中心,二、数控机床,数控车削中心,二、数控机床,二、数控机床,二、数控机床,20世纪40年代初，John T.Parsons 采用数字技术进行机械加工1952年，麻省理工学院 伺服机构研究所
2、，试制 成功第一台由计算机控 制的三坐标立式铣床。,三、发展历史,1954年，美国本迪克斯公司正式生产出来第一台工业用的数控机床。1959年，美国克耐杜列克公司开发出来加工中心。1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了利用小型计算机取代专用数控计算机，数控的许多功能由软件程序实现的计算机数控（CNC：Computer Numerical Control）系统，称为第四代系统。,三、发展历史,1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，1975年，日本研制出实用化FMS 1974年，美国学者哈灵顿博士首先提出了计算机集成制造系统（CIMS）的概念。20世纪80年代中期
3、以来，以CIMS为标志的综合生产自动化日渐成为制造业的热点，它把制造业推到了一个新的发展阶段。,三、发展历史,数控机床的工作原理,P0,P1,P1,P0,a0,a1,a2,a3,a4,a5,a0,a1,a2,a3,a4,数控系统将刀具运动轨迹在工作坐标系中分割成一些最小位移量（脉冲当量）。数控系统经过信息处理、分配，控制各坐标轴移动若干个最小位移量，把要求的轨迹用以“最小位移量”为单位的等效折线进行拟合。,插补原理,四、数控机床的工作原理和组成,数控机床的组成,程序载体,输入装置,数控装置,辅助控制装置,位置反馈系统,机床本体,伺服驱动系统,四、数控机床的工作原理和组成,按工艺用途分类 金属切
4、削类数控机床 金属成型类数控机床 数控特种加工机床,五、数控机床分类,金属切削类数控机床,数控车床,加工中心,数控磨床,数控铣镗床,五、数控机床分类,金属成型类数控机床,数控折弯机,数控弯管机,五、数控机床分类,数控特种加工机床,数控电火花线切割机,数控激光切割机床,数控火焰切割机床,五、数控机床分类,按运动方式分类 点位控制数控机床,直线控制数控机床,点位控制的钻削加工,直线控制的车削加工,五、数控机床分类,按运动方式分类 轮廓控制数控机床,2轴联动,2.5轴联动,3轴联动,五、数控机床分类,按伺服系统控制方式分类 开环控制数控机床,数控装置,步进电动机驱动器,进给脉冲,步进电动机,工作台,
5、丝杠,齿轮箱,五、数控机床分类,按伺服系统控制方式分类 闭环控制数控机床,数控装置,伺服电动机驱动器,进给脉冲,伺服电动机,工作台,丝杠,齿轮箱,直线光栅,位置反馈,五、数控机床分类,按伺服系统控制方式分类 半闭环控制数控机床,数控装置,伺服电动机驱动器,进给脉冲,伺服电动机,工作台,丝杠,齿轮箱,编码器,位置反馈,编码器,五、数控机床分类,五、数控机床分类,数控机床的特点 适应性强 加工精度高，加工质量稳定 生产效率高 减轻劳动强度，改善劳动条件 有利于生产管理现代化,六、数控机床特点与实用范围,数控机床的适用范围,产品件数,生产成本,数控机床,专用机床,普通机床,0,50,100,工件复杂
6、度,产品件数,普通机床,数控机床,专用机床,六、数控机床特点与实用范围,根据用途和加工方法不同，刀具分为如下几类：切刀类 车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀等，一般只有一条切削刃,七、刀具类型,根据用途和加工方法不同，刀具分为如下几类：孔加工刀具 麻花钻、扩孔钻、锪孔钻、铰刀、镗刀,七、刀具类型,根据用途和加工方法不同，刀具分为如下几类：拉刀类 拉出各种内外表面,七、刀具类型,根据用途和加工方法不同，刀具分为如下几类：铣刀类,铣刀的类型及用途,七、刀具类型,根据用途和加工方法不同，刀具分为如下几类：螺纹刀具 丝锥、螺纹车刀、板牙等,七、刀具类型,根据用途和加工方法不同，刀具分为如下几类：螺纹刀具
7、 丝锥、螺纹车刀、板牙等,七、刀具类型,根据用途和加工方法不同，刀具分为如下几类：螺纹刀具 丝锥、螺纹车刀、板牙等,七、刀具类型,根据用途和加工方法不同，刀具分为如下几类：磨具类 砂轮、砂带、抛光轮,七、刀具类型,根据用途和加工方法不同，刀具分为如下几类：组合刀具、自动线刀具,七、刀具类型,根据用途和加工方法不同，刀具分为如下几类：数控机床刀具,七、刀具类型,根据用途和加工方法不同，刀具分为如下几类：特种加工刀具,七、刀具类型,各种刀具切削部分的形状,八、刀具切削部分的组成,1、刀柄：是刀具上的夹持部分；一般由采用碳钢。,2、切削部分：是刀具上直接参加切削工作的部分，也称刀头。,刀具的结构,刀
8、柄+切削部分（刀头）,八、刀具切削部分的组成,切削部分由刀面、切削刃组成，采用各种专用刀具材料，根据需要制造成不同形状。其组成要素包括：前刀面主后刀面副后刀面主切削刃副切削刃刀尖,八、刀具切削部分的组成,前刀面：,直接作用于被切金属层且切屑流过的刀面。,八、刀具切削部分的组成,主后刀面：,与工件过渡表面相对的刀面。,八、刀具切削部分的组成,副后刀面：,与工件已加工表面相对的刀面。,八、刀具切削部分的组成,主切削刃：,前刀面与主后刀面相交的棱边。,八、刀具切削部分的组成,副切削刃：,前刀面与副后刀面相交的棱边。,八、刀具切削部分的组成,刀尖：,主、副切削刃连接处的一部分切削刃。,八、刀具切削部分
9、的组成,刀具静止角度参考系 设计制造测量角度时的基准,刀具工作角度参考系实际切削中确定角度的基准,九、刀具静止参考系及坐标平面,刀具静止角度参考系刀具静止参考系是在下列假定条件下建立的：假定运动条件进给运动f=0，只考虑进给运动方向，不考虑大小假定安装条件刀杆中心线与进给运动方向垂直，刀尖与工件中心线等高。,九、刀具静止参考系及坐标平面,刀具静止角度参考系种类 根据ISO3002/1-1997标准推荐，刀具静止角度参考系有：正交平面参考系法平面参考系背平面和假定工作平面参考系。,九、刀具静止参考系及坐标平面,基面,通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面,正交平面参考系,九、刀具静止参
10、考系及坐标平面,切削平面,通过切削刃上选定点，与主切削刃相切，且垂直于该点基面的平面。,正交平面参考系,九、刀具静止参考系及坐标平面,正交平面,切削平面,基面,正交平面,通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。,正交平面参考系,九、刀具静止参考系及坐标平面,正交平面参考系,基面（r）通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。切削平面（s）通过切削刃上选定点，与主切削刃相切，且垂直于该点基面的平面。正交平面（Po）通过切削刃上选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面。,九、刀具静止参考系及坐标平面,正交平面参考系,正交平面参考系由：基面（r）切削平面（s）正交平面（Po）所组成。
11、,九、刀具静止参考系及坐标平面,正交平面静止参考系内标注的角度我国主要采用的正交平面参考系。,十、刀具几何角度定义,基面中定义和标注的角度主偏角：r 基面内度量的主切削刃在基面上的投影与假定进给运动方向之间的夹角。主偏角一般为正值，它影响刀头强度、主切削刃的工作长度、散热条件。,主偏角r,十、刀具几何角度定义,基面中定义和标注的角度副偏角：r 基面内度量的副切削刃与假定进给运动反方 向之间的夹角。副偏角一般为正值，它影响刀头强度和表面粗糙度。,副偏角r,减少主偏角Kr、副偏角Kr以及增大刀尖圆弧半径r，均可减小残留面积的高度，从而降低表面租糙度。,十、刀具几何角度定义,基面投影线,主切削刃,刃
12、倾角s,切削平面中定义和标注的角度刃倾角：s 切削平面内度量的主切削刃与基面之间的夹角。,十、刀具几何角度定义,刃倾角：s刀尖在主切削刃上为最高点时，s为正值；刀尖在主切削刃上为最低点时，s为负值；主切削刃在基面内时，s为零。刃倾角影响切屑排出的方向和刀头形状及强度。,十、刀具几何角度定义,十、刀具几何角度定义,前角0,基面投影线,前刀面投影线,正交平面中定义和标注的角度 前角：o，正交平面 内度量的前刀 面与基面之间 的夹角。,十、刀具几何角度定义,前角：o Pr在剖视图中处于刀具实体之外时，o为正值；Pr在剖视图中处于刀具实体之内时，o为负值；前刀面与基面重合时，o为零。前角愈大，刀具愈锋
13、利，但刀具强度愈差。,十、刀具几何角度定义,前角的作用,前角越大，刀越锋利、切削轻快，强度下降、不利散热,十、刀具几何角度定义,切削平面投影线,主后刀面投影线,后角0,正交平面中定义和标注的角度后角：o，正交平 面内度量的后 刀面与切削平 面之间的夹角。,十、刀具几何角度定义,后角：oPs在剖视图中处于刀具实体之外时，o为正值；Ps在剖视图中处于刀具实体之内时，o为负值；后刀面与切削平面重合时，o为零。后角愈大，刀具与工件之间的磨擦愈小，但刀具强度也愈差。,十、刀具几何角度定义,前、后角正负的规定,十、刀具几何角度定义,十、刀具几何角度定义,后角的作用,减小主后刀面与加工表面的摩擦,十、刀具几
14、何角度定义,十、刀具几何角度定义,小结,1、车削加工刀具通常有尖形车刀（以直线形切削刃为特征），如各种外圆偏刀、端面车刀、切槽刀等；圆弧形车刀（由圆弧构成主切削刃），主要用于车削各种光滑连接的成型面；还有成形车刀（刀刃的形状与被加工零件的轮廓形状相同），如螺纹车刀。,十一、刀具选择,铣削加工刀具在铣削平面时，应选用镶硬质合金刀片的端铣刀和立铣刀。粗铣平面时，因被加工表面质量不均匀，选择铣刀时直径要小一些。精铣时，铣刀直径要大一些，最好能包容加工面的宽度；平面零件周边轮廓的加工常采用立铣刀；铣削凸台和凹槽时，选择高速钢立铣刀；铣削毛坯表面或进行孔的粗加工时，可选用镶硬质合金的玉米铣刀进行强力切削
15、。,十一、刀具选择,选择立铣刀加工时，刀具的有关参数计算刀具半径 r 应小于零件内轮廓面的最小曲率半径，一般取 r(0.80.9)。零件的加工高度 H（1/41/6）r，以保证刀具有足够的刚度。对不通孔（深槽），选取 lH510mm（l为刀具切削部分长度，H为零件高度）。加工外形及通槽时，选取 lHre510mm（re为刀尖角半径）。加工肋时，刀具直径为 D（510）b（b为肋的厚度）,十一、刀具选择,十二、刀柄,1.刀柄：主轴与刀具的联系环节,用以夹持刀具,作用：夹持刀具、传递扭矩分类：）普通刀柄）液压刀柄 3）热胀刀柄,普通刀柄,十二、刀柄,液压刀柄,十二、刀柄,液压刀柄,十二、刀柄,钻头
16、刀柄,十二、刀柄,高速铣削刀柄：,刀柄高速旋转的跳动 跳动0.2扩大到2.8mm HSK双重定位结构,常用结构 HSK（德国）KM（美国）CAPTO（瑞典）,十二、刀柄,刀柄高速旋转的跳动：KM CAPTO,十二、刀柄,高速铣削刀柄选用,市场上高速刀柄主要是HSK和KM。KM刀柄的应用主要在美国市场；德国的HSK刀柄得到了国际上的广泛应用。,十二、刀柄,6,数控机床特点与实用范围,9,刀具静止参考系及坐标平面,10,刀具几何角度定义,8,刀具切削部分的组成,1,参考模型和毛坯,3,发展历史,4,数控机床的工作原理和组成,2,数控机床,5,数控机床分类,7,刀具分类,11,刀具选择,小结,12,刀柄,
