加工中心培訓(xùn)教材

1、- -加工中心培訓(xùn)教材（基本理論和工藝）數(shù)控機床刀柄標(biāo)準(zhǔn)及種類目前，數(shù)控銃床和鏈銃加工中心使用最多的仍是 7： 24工具錐柄。但在高速加工 機床上，1 ： 10空心短錐柄的使用正日益增多。手動換刀用7 ： 24工具錐柄的常見標(biāo)準(zhǔn)有國家標(biāo)準(zhǔn) GB3837.3 83和國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 29782,以及機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB 3381.1 83。1 ： 10空心工具錐柄目前已有國家標(biāo)準(zhǔn) GB19449.1 -2004帶有法蘭接觸面的空心圓 錐接口第1部分：柄部-尺寸”。它等同采用了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 12164 1: 2001的內(nèi)容。原 德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 69893 1: 1996已被新的標(biāo)準(zhǔn)DIN 69873

2、 1: 2003代替，新的德國標(biāo)準(zhǔn) 也等同采用了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 12164- 1: 2001的內(nèi)容。其它常見結(jié)構(gòu)的1 ： 10工具錐柄基 本采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有壟斷性，如美國肯納公司的KM型系列、瑞典山特維克公司的Capto系列、德國瓦爾特公司的NOVE源列等。HF 自動換刀機床用7 : 24工具錐柄的中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB10944- 89是參照采用國際標(biāo) 準(zhǔn)ISO 7388/1 : 1983制定的，除對極個別項目數(shù)據(jù)進行了圓整（如尾部螺紋底孔深度 13）或未規(guī)定數(shù)據(jù)（如法蘭上的鍵槽根底倒角）外，其它數(shù)據(jù)完全相同。而國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 7388/1 : 1983又是參照德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 69871-1的

3、A型工具錐柄制定的，所以這三個 標(biāo)準(zhǔn)的外形尺寸相同。在國內(nèi)，具工具錐柄的代號為JT”。其特征是：法蘭厚度較??；有一裝刀用的定位缺口；兩個端鍵槽為不對稱分布。自動換刀機床用7 : 24工具錐柄在 德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 698711中分為A型、AD型和B型 三種：A型為螺紋底孔不通的；AD型為螺紋底孔貫通的；B型為法蘭端面供水的。而DIN 69871 2則只有C型一種，為雙平行法蘭、無 V型槽的，現(xiàn)在已很少采用。具工具錐柄 代號雖然標(biāo)準(zhǔn)中未作規(guī)定，但在德國其代號通常稱為SK。自動換刀機床用7： 24工具錐柄的日本標(biāo)準(zhǔn)JIS B 6339: 1998雖已替代了日本工 作機械工業(yè)會標(biāo)準(zhǔn)MAS- 403: 1

4、975,但由于其主要外形尺寸相同，對使用基本沒有影 響，所以在不少制造商的樣本上仍然標(biāo)注 MAS-403標(biāo)準(zhǔn)代號，而未標(biāo)注JIS B 6339。 但應(yīng)注意，這兩個標(biāo)準(zhǔn)所用的拉釘是不同的。具工具錐柄代號為BT,特征為：法蘭厚度較大；V型槽非對稱分布，靠近工作部分一側(cè)；兩個端鍵槽對稱分布；端鍵槽不銃 通。自動換刀機床用7： 24工具錐柄的美國標(biāo)準(zhǔn)AMSEB5.501994已替代了 ANSI/AMSEB5.501985,同樣，由于外形尺寸相同，很多制造商在樣本上仍標(biāo)注ANSI/AMSEB5.50,或只標(biāo)注ANSI。具工具錐柄代號雖然標(biāo)準(zhǔn)中未作規(guī)定，但通常稱為CAT,其特征為：法蘭厚度較?。粌蓚€端鍵槽

5、為非對稱分布；在一個端鍵槽的底面上鉆有識別 孔，用于刀具定位。具尾部螺紋應(yīng)為 UNCIU螺紋，國內(nèi)制造商為方便用戶使用，改為對 應(yīng)的公制螺紋，其它尺寸不變。手動換刀用7： 24工具錐柄的中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB3837.3 83是等同采用國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 29782制訂的，其特征為：法蘭上無 V型槽，兩個端鍵槽為對稱分布，錐柄小端 帶圓柱尾，工具錐柄部分的長度較大。在國內(nèi)，具工具錐柄代號為 ST。用于通用銃 床。手動換刀用7 : 24工具錐柄的機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB 3381.1 83是用于無機械手和刀庫 的數(shù)控銃床的工具錐柄。其特征為：法蘭上無 V型槽，兩個端鍵槽對稱分布，錐柄小端 不帶圓柱尾。在國內(nèi)，具

6、工具錐柄代號也為ST,因此很容易與帶圓柱尾的7： 24工具錐柄相互混淆，因此用戶在訂貨時必須說明是否帶圓柱尾（哈量集團樣本規(guī)定為WST,以示區(qū)別）。雖然該標(biāo)準(zhǔn)已被國家標(biāo)準(zhǔn) GB10944- 89替代，但用戶仍有需求，因此建 議在以后的標(biāo)準(zhǔn)修訂或制定時，解決該標(biāo)準(zhǔn)的合法性及其工具錐柄代號命名問題。除帶圓柱尾的手動換刀用7 : 24工具錐柄不用拉釘外，上述其它7 : 24工具錐柄均 需安裝拉釘才能使用，其外形尺寸取決于所采用的標(biāo)準(zhǔn)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB10945- 89自動換刀機床用7 ： 24圓錐工具柄部40、45和50號圓錐柄 用拉釘”是參照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 7388/2 1984制訂的，外形尺寸相同，

7、分為 A型和B型兩種： A型拉釘?shù)睦o面斜角為15 ,用于不帶鋼球的拉緊裝置，代號為 LDA; B型拉釘?shù)睦?緊面斜角為45。，用于帶鋼球的拉緊裝置，代號為 LD9。二者均帶貫通孔，用于冷卻 液流通。德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 6988 1987的拉釘有A型和B型兩種，A型帶貫通孔；B型不帶貫通孔, 但有密封圈用環(huán)形槽，以防止冷卻液從尾部泄漏。兩種拉釘?shù)睦o面斜角均為15 ,用于不帶鋼球的拉緊裝置。日本標(biāo)準(zhǔn)JIS B 6339: 1998的拉釘只有一種型式，拉釘?shù)睦o面斜角為 15 ,用 于不帶鋼球的拉緊裝置，代號為 XxP”。日本工作機械工業(yè)會標(biāo)準(zhǔn) MAS- 403的拉釘則有I型和II型兩種：I型拉釘?shù)?/p>

8、拉緊面斜角為 30 ,用于不帶鋼球的拉緊裝置；II型拉 釘?shù)睦o面斜角為45 ,用于帶鋼球的拉緊裝置。使用時應(yīng)注意，這兩種拉釘?shù)念^部長度比JIS B 6339: 1998標(biāo)準(zhǔn)的拉釘頭部直徑小，頸部長度長，其代號為PxxT”。美國標(biāo)準(zhǔn)AMSEB5.50 1994的拉釘只有一種型式，拉釘?shù)睦o面斜角為 45 ,且 凸緣與螺紋之間無定心圓柱。螺紋應(yīng)為 UNCH螺紋，國內(nèi)制造商為方便用戶使用，也改 為對應(yīng)的公制螺紋，其它尺寸不變。1 ： 10空心短圓錐柄的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 12164 1: 2001基本采用了德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 69873 1的方案。主要不同之處是：將柄部錐度由 1 ： 10改為1 ： 9.

9、98,以確保錐柄與 安裝孔配合時大端直徑先接觸；只規(guī)定了大端直徑的理論正確尺寸，取消了大、小端 直徑及其公差；取消了大、小端直徑間的距離尺寸；改變了尾部端鍵槽倒圓角的標(biāo)注 方法；在規(guī)范性附錄中規(guī)定了錐柄與法蘭端面的空刀槽的型式和尺寸；在資料性附錄 中建議了平衡區(qū)域。遺憾的是沒有規(guī)定錐柄的錐度公差和大端直徑公差。它分為 A型和 C型兩種：A型用于自動或手動換刀；C型只能用于手動換刀。由于采用錐面和端面雙重 定位，軸向和徑向定位精度較高；通過尾端的鍵與錐面、端面的摩擦傳遞扭矩大；錐 柄長度短、重量輕、換刀快；由于適合高速機床使用，因此得到迅速推廣。雖然美國肯納公司的KM型1 ： 10空心短圓錐柄出

10、現(xiàn)較早，但由于存在結(jié)構(gòu)和工藝 缺陷，因此未能被采用為ISO標(biāo)準(zhǔn)，目前在數(shù)控車床上應(yīng)用較多。瑞典山德維克公司的Capto系列、德國瓦爾特公司的NOVE源列等屬于企業(yè)性標(biāo)準(zhǔn), 其應(yīng)用有一定局限性。另外，我們的BT刀柄再細分又劃分為 BT30 (40/50) -ER1& BT30 (40/50)- ER25 BT30 (40/50) -ER32等等，筒夾(夾心)也隨之更改配套使用。二、刀具補償原理1、刀具補償?shù)亩x：數(shù)控機床在加工過程中，是通過控制刀具中心或刀架參考點來實現(xiàn)加工軌 跡的。但刀具實際參與切削的部位只是刀尖或刀刃邊緣，它們與刀具中心或刀 架參考點之間存在偏差。因此，需要通過數(shù)控系統(tǒng)計算偏

11、差值，并將控制對象 由刀具中心或刀架參考點變換到刀尖或刀刃邊緣上，以滿足加工需要。這種變 換過程就稱為刀具補償。2、在零件加工過程中，若采用刀具補償功能，可以大大簡化數(shù)控加工程序的編寫 工作，提高該程序的利用率。主要表現(xiàn)在一下兩個方面：1)由于刀具磨損、更換等原因引起的刀具相關(guān)尺寸變化不必重新編寫程序，只需修改相應(yīng)的刀補參數(shù)即可；2）當(dāng)被加工零件在同一機床上經(jīng)歷粗加工、半精加工、精加工多道工序時，不 必編寫三種加工程序，可將各工序預(yù)留的加工余量加入刀補參數(shù)即可。3、刀具補償一般可分為刀具長度補償（G43和刀具半徑補償（G41、G42）。1）刀具半徑補償原理及類型：數(shù)控機床在連續(xù)輪廓加工過程中，

12、數(shù)控系統(tǒng)所控制的運動軌跡不是零件 的輪廓，而是加工刀具的中心軌跡。由于用戶總是按零件的輪廓編寫加工程 序，因此，要加工出合格的零件，就必須使加工刀具中心在零件輪廓的法矢 量方向上偏移一個刀具半徑值，這種偏移就稱為刀具半徑補償。對于同一條刀具中心軌跡，刀具的運動方向有兩個，為了便于分析問題， ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：沿編程軌跡（零件輪廓）前進方向看去，當(dāng)?shù)毒咧行能壽E始 終在編程軌跡的左邊時稱為左刀補，用指令 G41表示。反之，當(dāng)?shù)毒咧行能?跡在編程軌跡的右邊時稱為右刀補，用指令 G42表示。當(dāng)不需要進行刀具補 償時，可用指令G40來撤消由G41或G42建立的刀具半徑補償。刀具半徑補償類型：在實際加工過程

13、中，隨著前后兩段編程軌跡的連接 方式不同，所產(chǎn)生的刀具中心軌跡轉(zhuǎn)接情況也不盡相同。大多數(shù)CNC（統(tǒng)所處理的基本輪廓線型是直線與圓弧。因此，前后兩段編程軌跡的連接方式有 四種：直線接直線、直線接圓弧、圓弧接直線、圓弧接圓弧。根據(jù)拐角（指相鄰兩輪廓交接點出的切線在工件實體一側(cè)的夾角，其變 化范圍為：0 a 360。其中，當(dāng)00 a180時，a稱為外拐角； 當(dāng)180a Cimatron、UG/CAM ProE/CAM CATIA等等，一般的粗、 半精加工用MastercamK Cimatron這兩種軟件很方便快捷，也易于操作，方法是先 在CAXAE者AutoCAD UGH乍出相應(yīng)的產(chǎn)品零件圖形，再將

14、圖形導(dǎo)入上面兩種軟 件，按照工藝工序、運用軟件進行自動程序生成的操作。大部分的模具制造以及精加工使用UG/CAMS行編程。程序編制設(shè)置完成后，進行模擬切削，切削模擬無誤后對G代碼程序?qū)С龊筮M行后處理， 然后通過通信接口傳輸至數(shù)控機床進行模擬并切削試驗。六、高速切削基本原理及應(yīng)用常識1、高速切削的概念和基本原理高速切削技術(shù)是以比常規(guī)高數(shù)倍的切削速度對零件進行切削加工的一項先進制造技術(shù)。高速切削理論是1931年4月德國物理學(xué)家薩洛蒙（Carl.J.Salomon ）提 出的。他指出，在常規(guī)切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的提高而升高，但 切削速度提高到一定值后，切削溫度不但不升高反會降低，且該

15、切削速度值與工件 材料的種類有關(guān)。高速切削是個相對的概念，是相對于常規(guī)切削而言。高速切削包 括高速軟切削、高速硬切削、高速干切削和大進給切削等。目前，高速切削的高速 范圍國內(nèi)外專家尚無共識。通常認(rèn)為，高速加工時切削速度要比常規(guī)切削高5-10倍以上。高速加工各種材料的切削速度范圍：鋼和鑄鐵及其合金達500-1500m/min鑄鐵最高達2000 m/min （鉆削 100-200 m/min,攻螺紋 100 m/min,滾齒 300-600 m/min）;淬硬鋼（35-65HRC 達 100-400 m/min；鋁及其合金達2000-4000 m/min,最高達7500 m/min；纖維增強塑料為

16、2000-9000 m/min；高速切削技術(shù)經(jīng)過發(fā)展，現(xiàn)已在生產(chǎn)中得到了一定的推廣應(yīng)用。美德法等國處 于領(lǐng)先地位，英日瑞士等國也追蹤而上。高速切削已成為當(dāng)今制造業(yè)中一項快速發(fā) 展的新技術(shù)，在工業(yè)發(fā)達國家，高速切削正成為一種新的切削加工理念。人們逐漸 認(rèn)識到高速切削時提高加工效率的關(guān)鍵技術(shù)。例如：日本新瀉鐵工所的 V240立式加工中心主軸轉(zhuǎn)速高達 50000r/min ,加工 一個NAC55a模具，在普通機床上要9h,而在此機床上用陶瓷刀具加工，只需 12- 13min。2、高速切削的特點：1）隨切削速度的提高，單位時間內(nèi)材料切除率增加，切削加工時間減少，切削 速度提高3-5倍，加工成本可降低2

17、0%-40%2）在高速切削加工范圍內(nèi)，隨切削速度的提高，切削力可減少30%Z上，減少 工件變形。對大型框架件、剛性差的薄壁件和薄壁槽形零件的高精度高效加 工，高速銃削是目前最有效的加工方法。3）高速切削加工時，切屑以很高的速度排出，切削熱大部分被切屑帶走，切削 速度提高愈大，帶走的熱量愈多，傳給工件的熱量大幅度減少，工件整體溫 升較低，工件的熱變形相對較小。因此，有利于減少加工零件的內(nèi)應(yīng)力和熱 變形，提高加工精度，適合于熱敏感材料的加工。4）轉(zhuǎn)速的提高，使切削系統(tǒng)的工作頻率遠離機床的低階固有頻率，加工中磷刺、 積屑瘤、加工硬化、殘余應(yīng)力等也受到抑制。因此，高速切削加工可以大大 降低加工表面粗糙

18、度，加工表面質(zhì)量可提高 1-2等級。5）高速切削可加工硬度45-65HRC的淬硬鋼鐵件，如高速切削加工淬硬后的模 具可減少甚至取代放電加工和磨削加工，滿足加工質(zhì)量的要求，加快產(chǎn)品開 發(fā)周期，大大降低制造成本。3、高速切削的應(yīng)用范圍1）有色金屬及其合金的高速切削；500-7500m/min2）模具特別是淬硬模具的高速加工；600-800m/min3）汽車工業(yè)是高速切削的又一應(yīng)用領(lǐng)域；鑄鐵：750-4500m/min4）鍥基高溫合金和鈦合金的高速切削（很難加工，一般采用很低的切削速度）；5）纖維增強復(fù)合材料的高速切削（對刀具有十分嚴(yán)重的刻劃作用，刀具磨損非 ?？欤Ｓ肞CDW具進行高速加工，收到滿意效果，可防止出現(xiàn)“層間剝離”， 效率高、質(zhì)量好；6）石墨高速加工（很脆）；7）干切削和硬切削也是高速切削擴展的領(lǐng)域。4、高速切削旋轉(zhuǎn)刀具的刀柄結(jié)構(gòu)一一HSK（統(tǒng)HSK刀柄是由彳惠國阿亨大學(xué)機床研究室專為高速機床主軸開發(fā)的一種刀軸連接 結(jié)構(gòu)，已被列入德國標(biāo)準(zhǔn)（DIN6983）。HSK在錐刀本g采用1:10的錐度，它的錐 體比標(biāo)準(zhǔn)的7:24錐短，錐柄部分采用薄壁結(jié)構(gòu)，錐度配合的過盈量較小，對刀 柄和主軸端部關(guān)鍵尺寸的公差帶特