数控工具系统(改)

第九章：数控工具系统9.1概述9.2镗铣类数控工具系统9.2.1TSG工具系统9.2.2TMG工具系统9.2.3新型工具系统9.2.3.1概述9.2.3.2空心短锥工具系统典型结构及型号规格9.2.3.3空心短锥工具系统的检测9.3.3.4空心短锥工具系统的应用9.3数控车削工具系统9.3.1通用型数控车削工具系统的发展9.3.2个换刀具头部的数控车削工具系统的发展9.4刀具预调仪9.4.1刀具预调概述9.4.2刀具预调仪器的选用与管理9.5刀具管理系统9.5.1刀具管理系统的职能9.5.2典型刀具管理系统介绍9.5.2.1AMS-TMS1.0刀具管理系统9.5.2.2CCTMS1.0刀具管理系统9.1概述把通用性较强的刀具和配套装夹工具系列化、标准化，就成为通常所说的工具系统。也就是说，工具系统是针对数控机床要求与之配套的刀具必须可快换和高效切削而发展起来的，是刀具与机床的接口。除刀具本身外，还包括实现刀具快换所必需的定位、夹紧、抓拿及刀具保护等机构。数控机床工具系统的要求：1）精度要求2）耐用度要求3）刚度要求4）断屑、卷屑和排屑要求5）装卸调整要求6）标准化、系列化和通用化回目录9.2镗铣类数控工具系统是镗铣类主轴到刀具之间的各种连接刀柄的总称，其主要作用是连接主轴与刀具，使刀具达到所要求的位置与精度，传递切削所需扭矩及保证刀具的快速更换。按结构可以分为1：整体式结构（TSG工具系统）刀具柄部与夹持刀具工作部分连成一体，使得品种繁多，管理不便2：模块式结构（TMG工具系统）经济、灵活、快速、可靠，通用性强回目录9.2.1TSG工具系统TSG工具系统属于整体式结构，是专门为加工中心和镗铣类数控机床配套的工具系统。特点是锥柄和连杆连成一体；其优点是结构简单、整体刚性强、使用方便、工作可靠、更换迅速等；缺点是锥柄的品种和数量较多。⑴表示方法：1）工具柄部形式——一般采用7：24圆锥柄，常用形式有JT、BT和ST等三种2）柄部尺寸——对锥柄表示相应ISO锥度号，对圆柱柄表示直径3）工具用途代码——表示工具的用途4）工具规格——表示工具的工作特性；eg轮廓直径尺寸D和L/应用范围5）工作长度——表示工具的设计工作长度（锥柄大端直径处到端面的距离）回目录回目录⑵7：24锥柄标准形式：JT、BT、ST⑶工具系统拉钉有关标准1）ISO标准A型拉钉--标准号ISO7388/2-A，配用JT型刀柄2）ISO标准B型拉钉—标准号ISO7388/2-B，配用JT型刀柄3）日本标准MAS403拉钉配用BT型刀柄4）德国标准DIN69872拉钉配用JT型刀柄⑷ER型卡簧（DIN6499）其夹紧力不大，适用于直径在16mm以下的铣刀，大尺寸的铣刀采用KM型卡簧回目录回目录回目录回目录回目录回目录回目录回目录回目录回目录回目录9.2.2TMG工具系统模块式工具系统就是把工具柄部和工作部分分割开来，分别制成系列化的模块，在经过中间模块，组装成一套套不同用途、规格的模块式工具。主要由三个部分组成：①主柄模块----直接与机床主轴连接的工具模块②中间模块----为了加长工具轴向尺寸和更换连接直径的工具模块③工作模块----为了装夹各种切削刀具的模块各种模块式工具系统之间的组要区别再也模块连接的定心方式和锁紧方式不同。回目录回目录国内常见的镗铣类模块式工具系统有TMG10、TMG21和TMG28等。这些型号的表示中前一位表示模块连接的定心方式；后一位表示模块连接的锁紧方式。①TMG10-----短圆锥定心，轴向用中心螺钉拉紧，主要用于刀具组合后不经常拆卸或加工件具有一定批量的情况。②TMG21----单圆柱面定心，径向销钉锁紧。主要用于重型机械、机床等各种行业。③TMG28----单圆柱面定心。具有互换性好，连接的重复精度高，组装/拆卸方便，连接牢固可靠，结合刚性好，主要用于高效切削⑴TMG数控工具系统的类型及其特点回目录回目录⑵TMG模块型号的表示方法：表达内容依顺序为：模块接口形式、模块所属种类、用途或有关特性参数。①模块连接的定心方式----即TMG类型代号的十位数字（0―5）②模块连接的锁紧方式----即TMG类型代号的个位数字（0―6、TMG28为8）③模块所属种类----模块类别标示，一共有5种④柄部形式代号----标示锥柄形式⑤锥度规格----表示柄部尺寸（锥度号）⑥模块接口处直径----标示主柄模块和刀具模块接口处外径⑦装在主轴上悬伸长度----是主柄圆锥大端直径只前端面的距离或者是中间模块前端到其与中间模块接口处的距离回目录⑶国外镗铣类模块式数控工具系统简介1）NOVEX工具系统2）ABS工具系统3）WIDAFLEXUTS（KM）工具系统4）MC工具系统5）VARILOCK工具系统6）CAPTO工具系统回目录⑷镗铣类模块式数控工具系统的选用①首先，接口的连接精度、刚度要能满足使用要求。②所选用的结构国内是否有生产厂家？③在机床上使用时，模块接口是否需要拆卸？回目录9.2.3新型工具系统----空心短锥工具系统9.2.3.1概述：⑴特点：①定心精度高②静动态刚度高（采用锥度和端面同时定位）③适合高速加工④重量轻，尺寸小，结构紧凑⑤清理污垢方便回目录9.2.3.2空心短锥工具系统典型结构及型号规格典型结构⑴德国HSK工具系统（DIN69893）⑵美国KENNAMETAL公司的KM工具系统⑶日本日研（NIKKEN）公司的NC5工具系统⑷瑞典SANDVIKCOROMANT公司的工具系统⑸型号规格回目录图示为HSK-A63刀柄及主轴锥孔，这是其中一种规格，锥度为1：10，锥体尾部有端面键槽以传递扭矩，锥体内孔有30o锥面，夹紧机构的夹爪钩在此面以拉紧刀柄。锥体与主轴锥孔有微小过盈，夹紧时薄壁锥体产生弹性变形，示锥体与端面同时靠紧。HSK系统分为6种型号，刀柄上有供内冷却的冷却液孔回目录1）HSK工具系统的类型①HSK-A型用于加工中心，转速超过40000r/min时，刀杆需要进行东平衡。②HSK-B型B型圆柱部分直径比A型大一号，锥体直径比A型小一号，适于径向切削力较大的工作条件。③HSK-C型A型的变形，圆柱面上没有自动换刀用的沟槽④HSK-D型B型的变形，圆柱面上没有自动换刀用的沟槽⑤HSK-E型与A型相似，无端面键槽和圆柱面上的缺口，靠摩擦力传递扭矩，动平衡性能好⑥HSK-F型形状与E型相似，圆柱部分直径比E型大一号，锥体直径比E型小一号，适于径向切削力较大的工作条件。回目录回目录2）HSK的工作原理①德国GUHRING公司的工具系统*安装刀柄时，两个键槽的深度不同，安装时应该与主轴孔内相应的端键对应回目录回目录HSK型号螺钉直径/mm最大扭矩/Nm夹紧力/kNHSK型号螺钉直径/mm最大扭矩/Nm夹紧力/kN252.51.54.550414.020.0322.53.07.063527.028.04036.012.080654.040.0德国GUHRING公司的工具系统手动夹紧装置GUHRING公司手动夹紧装置扳手扭矩及夹紧力回目录②德国MAPAL公司的工具系统HSK型号扳手扭矩/Nm扳手头宽度/mmHSK型号扳手扭矩/Nm扳手头宽度/mm32836320540838030650154100408MAPAL公司夹紧扳手扭矩回目录⑵美国KENNAMETAL公司的KM工具系统KM工具系统刀柄的基本形状与HSK相似，但其夹紧机构不同，下图是其中的一种形式KM系统的特点时转速高，精度高。最高转速可达50000r/min重复定位精度在0.002mm以内。静刚度和动刚度都比HSK系统高，但相比之下，KM系统刀柄显得单薄，有些零件的强度较差。回目录⑶日本日研（NIKKEN）公司的NC5工具系统日研公司开发的NC5工具系统如图所示。定位原理与其他系统相同，不同的时把1：10锥柄分成锥套和圆柱柄两部分套在一起，锥套端面有碟形弹簧，锥柄尾端是螺钉孔，用于安装拉钉。这种夹紧机构可靠简单NC5刀柄重复定位精度；径向（X，Y）为0.003mm，轴向（Z）为0.002mm回目录⑷瑞典SANSDVIKCOROMANT公司的工具系统公司的刀柄与以上集中锥柄不同的是：锥柄不是圆锥形，而是三棱锥，其棱为圆弧形，锥度为1：20。它的特点是应力分散，分布合理，定心性好，精度高，适合高速旋转，转速为15000~55000r/min，小径取大值回目录自动夹紧机构是用油缸和碟形弹簧驱动6个夹爪钩住刀柄回目录HSK（德国）KM（肯纳）NC5（日研）BT32（24）4032（24）40（30）5040（30）50（38）NC5-463063（48）6350（40）NC5-634080（60）45100（75）10080（64）NC5-10050125（95）55160（120）60注：（）内尺寸为锥柄尺寸回目录9.2.3.3空心短锥工具系统的检测（以HSK-63为例）⑴HSK刀柄圆锥的测量----锥度尺寸由两个截面上的直径确定⑵主轴锥孔的测量⑶HSK主轴与刀柄的配合----配合的最佳状态是在配合长度内，锥孔与锥柄有充分的过盈，紧密结合。配合的最差状态是大端有较小的过盈，小端出现间隙；⑷刀柄夹紧面（30o锥面）的测量----加工和检测比较困难，需用专用量具检测，如图。回目录9.2.3.4空心短锥工具系统的应用该工具系统是一种最新的工具系统，该系统虽有诸多优点，适合高速、高精度加工需要，但也有其局限性，并不能完全取代目前所用的BT（7：24）锥度及ABS（圆柱+端面）等工具系统。下面对几个具体问题进行分析：⑴连接精度和刚度⑵刀柄强度⑶刀柄动平衡⑷型号规格⑸造价问题回目录9.3数控车削工具系统数控车床工具系统是车床刀架与刀具之间的连接环节（包空各种装车刀的非动力刀夹及装钻头、铣刀的动力刀柄）的总称，它的作用是使刀具能快速更换和定位以及传递回转刀具所需的回转运动。通常是固定在回转刀架上，随之作进给运动或分度转位，并从刀架或转塔刀架上获得自动回转所需的动力。主要由两部分组成：一部分是刀具；另一部分是刀夹（夹刀器）。更完善的包括自动换刀装置、刀库、刀具识别装置和刀具自动自动检测装置。回目录9.3.1通用型数控车削工具系统的发展（1)圆柱柄的发展与DIN69880相比，ISO10889有以下特点：①ISO10889增加了d1=16mm和d1=25mm两种小规格柄部。②圆柱柄上90o齿形的尺寸及形位公差具体化了。③圆柱柄上90o齿形的齿数比DIN69880有所减少。④圆柱柄根部空刀形状改了，更便于车削。⑤圆柱柄根部增加了O形橡胶圈。⑥配合尺寸d2为16mm、20mm和25mm时，公差为H6；d2为30―80mm时，公差为H5。回目录圆柱柄的夹紧原理：圆柱柄安装孔(右图)，内的齿形夹紧块的定位尺寸L3比圆柱柄上的齿形的定位尺寸L2长0.3mm压紧时齿形单面接触。回目录9.3.2更换刀具头部的数控车削工具系统的发展共同优点是：换刀时所更换的体积和量都比过去小，，这样使刀库，机械手尺寸比较紧凑，允许机床刀库有较大的容量，更适合与多品种、较复杂零件的加工。⑴BTS工具系统⑵FTS工具系统⑶CAPTO工具系统回目录9.4刀具预调仪9.4.1概述在使用CNC系统的刀具直径和长度补偿功能时，需要知道刀具测量直径和测量长度（如图）获得方法：使用测量装置或采用机床本身进行测量回目录9.4.2刀具预调仪的选用与管理⑴刀具预调仪的分类按功能分为：镗铣类、车削类和综合类等三类；按精度分为：普通级和精密级；⑵刀具预调仪的选用选用应与数控机床相适应，精度应该根据加工零件的尺寸精度而定。⑶刀具预调仪的验收和管理回目录刀具预调仪的精度回目录9.5刀具管理系统9.5.1刀具管理系统的职能回目录9.5.2典型刀具管理系统9.5.2.1AMS-TMS1.0刀具管理系统⑴AMS-TMS1.0功能模块简介1）计划与库存模块2）调度模块3）数据维护与查询统计模块回目录⑵AMS-TMS1.0关键技术1）刀具编码技术2)数据库设计技术3）刀具配置策略与图形库的建立回目录9.5.2.2CCTMS1.0刀具管理系统CCTMS1.0是四川自贡长征