技术

一、数控铣削刀具系统要求

1、刀具切削部分几何参数及其切削参数须规范化、合理化；

2、刀具切削部分材料及切削参数选择必须与工件材料相匹配；

3、刀具磨损及耐用度值规定必须合理；

4、刀片在刀具中的定位方式及其结构必须优化；

5、刀具安装后在机床中的定位应保持一定精度；

6、换刀后刀具应在机床中仍有高的重复定位精度；

7、刀具的刀柄应有足够的强度、刚度及耐磨性；

8、刀柄及其工具对机床的重量影响应有相应的控制；

9、刀片、刀柄切入的位置、方向必须正确；

10、刀片、刀柄各参数应通用化、规格化、系列化；

11、工具系统应进一步优化。

二、数控铣削刀具系统标准

    数控镗铣类刀具系统采用的标准有国际标准（ ISO 7388 ）、德国标准（ DIN 69871 ）、美国标准（ ANSI/ASME B5.50 ）、日本标准（ MAS 403 ，其高速刀柄采用 HSK 标准 ）和中国标准（ GB10944-89 ）等。由于标准繁多，我们在机床使用时务必注意，所具备的刀具系统的标准必须与所使用的机床相适应，如在我国，由于较多购进德国及美国机床，按机床要求便较多地使用其标准刀具。

三、刀柄

1、刀柄的作用
    数控铣床使用的刀具通过刀柄与主轴相连，刀柄通过拉钉和主轴内的拉刀装置固定在主轴上，由刀柄夹持传递速度、扭矩，如图 4-5 所示。刀柄的强度、刚性、耐磨性、制造精度以及夹紧力等对加工有直接的影响。

    刀柄与主轴孔的配合锥面一般采用 7 ∶ 24 的锥度，这种锥柄不自锁，换刀方便，与直柄相比有较高的定心精度和刚度。为了保证刀柄与主轴的配合与连接，刀柄与拉钉的结构和尺寸均已标准化和系列化，在我国应用最为广泛的是 BT40 和 BT50 系列刀柄和拉钉，如图 4-6 所示。其中， BT 表示采用日本标准 MAS403 的刀柄，其后数字为相应的 ISO 锥度号：如 50 和 40 分别代表大端直径 69.85 和 44.45 的 7 ∶ 42 锥度。

2、刀柄的分类

（ 1 ）按刀柄的结构分 

    ①整体式刀柄

    如图 4-7 所示，这种刀柄直接夹住刀具，刚性好，但需针对不同的刀具分别配备，其规格、品种繁多，给管理和生产带来不便。 

    ②模块式刀柄
    如图 4-8 所示，模块式刀柄比整体式多出中间连接部分，装配不同刀具时更换连接部分即可，克服了整体式刀柄的缺点，但对连接精度、刚性、强度等都有很高的要求。 

（ 2 ）按刀柄与主轴连接方式分

    ①一面约束

    如图 4-9 右部 所示，刀柄以锥面与主轴孔配合，端面有 2mm 左右间隙，此种连接方式刚性较差。 

    ②二面约束 

    如图 4-9 左部 所示，刀柄以锥面及端面与主轴孔配合，在高速、高精加工时，二面限位才能确保 可靠。

（ 3 ）按刀具夹紧方式分 

    ①弹簧夹头刀柄 

    使用较多。采用 ER 型卡簧，适用于夹持 16mm 以下直径的铣刀进行铣削加工；若采用 KM 型卡簧，则称为强力夹头刀柄，可以提供较大夹紧力，适用于夹持 16mm 以上直径的铣刀进行强力铣削。 

    ②侧固式刀柄 

    采用侧向夹紧，适用于切削力大的加工，但一种尺寸的刀具需对应配备一种刀柄，规格较多。 

    ③液压夹紧式刀柄 

    采用液压夹紧，可提供较大夹紧力。 

    ④冷缩夹紧式刀柄 

    装刀时加热孔，靠冷却夹紧，使刀具和刀柄合二为一，在不经常换刀的场合使用。

（ 4 ）按允许转速分 

    ①低速刀柄 

    指用于主轴转速在 8000 r/min 以下的刀柄。 

    ②高速刀柄 

    高速刀柄用于主轴转速在 8000 r/min 以上的高速加工，其上有平衡调整环，必须经动平衡。

（ 5 ）按所夹持的刀具分 

    ①圆柱铣刀刀柄 

    用于夹持圆柱铣刀。 

    ②面铣刀刀柄 

    用于与面铣刀盘配套使用。 

    ③锥柄钻头刀柄 

    用于夹持莫氏锥度刀杆的钻头、铰刀等，带有扁尾槽及装卸槽。 

    ④直柄钻头刀柄 

    用于装夹直径在 13mm 以下的中心钻、直柄麻花钻等。 

    ⑤镗刀刀柄 

    用于各种尺寸孔的镗削加工，有单刃、双刃以及重切削等类型。 

    ⑥丝锥刀柄 

    用于自动攻丝时装夹丝锥，一般具有切削力限制功能。 

    （ 6 ）其他刀柄 

    ①增速刀柄 

    当加工所需的转速超过了机床主轴的最高转速时，可以采用这种刀柄将刀具转速增大 4-5 倍，扩大机床的加工范围。 

    ②中心冷却刀柄 

    为了改善切削液的冷却效果，特别是在孔加工时，采用这种刀柄可以将切削液从刀具中心喷入到切削区域，极大地提高了冷却效果，并有利排屑。使用这种刀柄要求机床具有相应的中心冷却功能。 

    ③多轴刀柄 

    当同一方向的加工内容较多时，如位置相近的孔系，采用多轴刀柄可以有效地提高加工效率。 

    ④角度刀柄 

    除了使用回转工作台进行五面加工以外，还可以采用角度刀柄实现立、卧转换，达到同样的目的。转角一般有 3 0 °、 45 °、 60 °、 90 ° 等。

3、常用刀柄使用方法 

    数控铣床各种刀柄均有相应的使用说明，在使用时可仔细阅读。这里仅以最为常见的弹簧夹头刀柄举例说明： 

    （ 1 ）将刀柄放入卸刀座并锁紧； 

    （ 2 ）根据刀具直径选取合适的卡簧，清洁工作表面； 

    （ 3 ）将卡簧装入锁紧螺母内； 

    （ 4 ）将铣刀装入卡簧孔内，并根据加工深度控制刀具悬伸长度； 

    （ 5 ）用扳手将锁紧螺母锁紧； 

    （ 6 ）检查，将刀柄装上主轴；

四、旋转刀具

1、刀具种类 

    在数控铣床上使用的刀具主要为铣刀，包括面铣刀、立铣刀、球头铣刀、三面刃盘铣刀、环形铣刀等，除此以外还有各种孔加工刀具，如钻头（锪钻、铰刀、镗刀等）、丝锥等。 

    下面主要介绍一下常用的铣刀： 

    ①立铣刀 

    立铣刀主要用于平面轮廓零件的加工，从结构上可分为整体式（小尺寸刀具）和机械夹固式（尺寸较大刀具）。 

    ②球头铣刀 

    球头铣刀跟立铣刀一样，也可分为整体式和机夹式。 

    球头铣刀主要用于曲面加工，在加工曲面时，一般采用三坐标联动，其运动方式具有多样性，可根据刀具性能和曲面特点选择或设计。 

    ③环形铣刀 

    形状类似于端铣刀，不同的是，刀具的每个刀齿均有一个较大圆角半径，从而使其具备类似球头铣刀的切削能力，同时又可加大刀具直径以提高生产率，并改善切削性能（中间部分不需刀刃），刀片依然可采用机夹类。

2、刀具选择 

    在数控铣削加工中会遇到各种各样的加工表面，如各类平面、垂直面、直角面、直槽、曲底直槽、型腔、斜面、斜槽、曲底斜槽、曲面等。针对各种加工表面，在考虑刀具选择时，都会对刀具形式（整体、机夹及其方式）、刀具形状（刀具类型、刀片形状及刀槽形状）、刀具直径大小、刀具材料等方面作出选择，牵涉到的因素很多，主要考虑加工表面形状、加工要求、加工效率等几个方面。 

    刀具选择的原则及步骤： 

    ①根据加工表面特点及尺寸选择刀具类型； 

    ②根据工件材料及加工要求选择刀片材料及尺寸； 

    ③根据加工条件选取刀柄。

3、刀片安装 

    刀片的安装直接影响到刀具的精度、刀片的刚度、受力，继而直接影响刀具工作质量。因此，在安装刀片时需注意如下问题： 

    ①刀片本身精度 

    选择的刀片其精度应符合零件加工要求。 

    ②刀槽定位面精度 

    刀体的选择亦应符合精度要求，刀片与刀体还需相适应。 

    ③安装面清洁、完好程度 

    安装时必须检查刀槽的清洁，有无灰尘、切屑，刀槽是否完好，特别是更换刀片或刀刃时，应注意刀槽是否由于加工而破损、划伤。 

    ④专用工具装夹 

    一定按规定选择对应的工具，如扳手的大小、长短等。 

    ⑤严格的操作规程 
    必须按规定的顺序、步骤、方法进行，如扳手的垂直度或倾斜度，用力大小，操作顺序等。