金属切削刀具 第２版 教学课件 ppt 作者 西安交大 乐兑谦 主编 第八章 自动化加工中的刀具.ppt

第八章 自动化加工中的刀具,第一节 自动化加工中刀具的特点 第二节 刀具的可靠性 第三节 刀具尺寸耐用度及尺寸自动补偿 第四节 自动化加工刀具的换刀装置 第五节 刀具管理系统 第六节 刀具状态的监测,第一节 自动化加工中刀具的特点,1.要求：,自动线生产率高、辅助时间少,2.特点：,1．切削性能稳定可靠 2．可靠的断屑和卷屑 3．应具有高的精度 4．精确而迅速的调整 5．快速或自动更换 6．各种必要的刀具工作状态检测装置 7．复合程度高 8．标准化、系列化和通用化,一、切削性能稳定可靠,⒈要求：,具有高的硬度，足够的强度和韧性以及较好的耐磨性和热硬性2.评价指标：,1)尺寸耐用度指标T,2)可靠性指标Tp,尺寸耐用度是指刀具在两次调整之间所能加工出的符合尺寸精度的合格零件数量或相应的加工时间.,规定可靠度P≥0.9（即90%）时刀具的切削时间,如T0.9=1小时，表示刀具耐用度为1小时其可靠性为90%,二、可靠的断屑和卷屑,⒈意义：,2.方法：,不影响刀具的寿命， 不妨碍自动线的工作循环， 不妨碍切削液的浇注， 不擦伤加工表面， 不影响零件的输送和定位等⑴采用断屑块和断屑槽； ⑵采用特殊形状的容屑槽断屑； ⑶有高压切削液强迫断屑； ⑷利用振动和间断切削断屑等 。

三、应具有高的精度,1）刀具及其装夹结构也必须具有很高的精度，能保证在机床上的安装精度（通常在0.005mm以内）和重复定位精度 2）刀具切削部分的几何尺寸变化要小，刀杆和刀片反复装卸也应能保持精度稳定 3）装刀片的刀杆的加工精度也应提高或者选用精化刀具，以保证高要求的刀尖位置精度四、精确而迅速的调整,为了保证工件尺寸在预定的公差范围内，必须对刀具及时进行调整为了减少调整时间，这种调整应当是简便迅速的五、快速或自动更换,⒈意义：,2.方法：,减少因换刀而造成的停机时间,（1）机外调整刀具,（2）采用耐用度计数器,在预调室内把刀具的相对尺寸调整好，然后再装到机床上，使之能与机床快速、准确地接合和脱开，并能适应机械手或机器人的操作按规定耐用度定时更换刀具(即是在自动线的自动循环过程中换刀),3.因此：,联接刀具的刀柄、刀杆、接杆和装夹刀头的刀夹，已发展成工具系统六、各种必要的刀具工作状态检测装置,生产过程中往往会由于一些偶然性因素，诸如刀具或刀片、以及工件材料上的一些缺陷造成刀具的突然崩刃或折断，这时就必须及时报警⒈意义：,2.原理：,随时将刀具状态（磨损或破损）的监测结果输入计算机，及时发出调整或更换刀具的指令，以保证工作循环的正常进行与加工质量,该装置的性能必须稳定可靠，防止意外事故，避免不必要的损失。

3.要求：,七、复合程度高,⒈意义：,2.方法：,减少刀具数量，降低刀具管理难度提高生产效率，保证加工精度如钻-扩、扩-铰、扩-镗等,八、标准化、系列化和通用化,有利于编排加工程序和刀具的管理,产品的寿命特性,第二节 刀具的可靠性,产品的可靠性定义,产品的可靠性就是在规定的条件下，在规定的时间内、产品完成规定功能的能力 产品可靠性定义包括下列四要素： (1) 规定的时间； (2) 规定的环境和使用条件； (3) 规定的任务和功能； (4) 具体的可靠性指标值 对于一个具体的产品，应按上述各点分别给予具体的明确的定义可靠性的特征量,可靠度 定义：是指产品在规定的条件下，在规定的时间内、产品完成规定功能的概率它是时间的函数，记作R(t),也称为可靠度函数 当t=0时，R(0)=1;当t=∞时，R(∞)=0,第三节 刀具尺寸耐用度及尺寸自动补偿,一、刀具尺寸补偿的优点：,1）能够补偿由于刀具磨损而造成工件径向尺寸的变化，刀具材料可充分利用； 2）加快调整速度，大大减少循环外的时间损耗，提高机床负荷率； 3）提高调整精度，从而可大大缩小工件径向尺寸分布区； 4）对刀具或刀片的制造精度的要求可以降低，从而降低了制造成本； 5）如果把测量装置与补偿装置接合起来，并使其自动化，便可实现刀具的自动补偿功能。

二、刀具补偿方式的分类 ：,1.位移和变位两种主要方式 （见表12.1）,2.按刀具位移方式补偿又可分为四类：,1）利用刀具直线运动进行补偿，常见于镗刀和车刀的补偿； 2）利用刀具摆动，使刀具的刀尖产生径向微量位移补偿，可用于镗刀的补偿； 3）利用刀夹弹性变形，使刀具的刀尖产生径向微量位移来进行补偿常用于镗刀的自动补偿； 4）利用刀头张开的方式进行微量补偿，多用于铰刀的补偿表12.1 刀具补偿方式,,,,,,,,三、尺寸自动补偿系统,在自动化加工中，对于精加工，多采用加工过程中的尺寸控制系统，即尺寸自动误差补偿系统来提高加工精度和刀具耐用度所谓尺寸误差系统，是对加工过程中的工件已加工表面尺寸进行自动误差检测和处理，使之转化为控制信息，以控制补偿执行装置，使刀具按预定的数值产生径向微量位移，以补偿刀具磨损等原因所造成工件尺寸的变化，从而提高加工精度尺寸补偿系统是由自动测量装置、控制装置和补偿执行装置三部分组成,1.尺寸自动补偿系统,,,图12.1 车刀尺寸自动补偿系统图,,2.尺寸自动补偿系统的分类,直接补偿和间接补偿,直接补偿：以工件的实测误差为依据进行误差补偿来提高加工精度,间接补偿：仅对机床执行部件的位置坐标误差进行补偿,大部分为间接补偿,四、尺寸补偿执行装置,由于尺寸补偿系统都是用于精加工的，补偿量又是微量的，要达到补偿的效果，关键在于补偿装置的工作性能。

它的基本要求有：,1）能保证补偿精度与补偿范围 2）具有良好的频率响应特性和良好的线性与稳定性 3）具有足够的刚度 4）装置应结构紧凑，组成的零件尽可能少，所占空间小，以利于装置的合理布置 5）要防止由于切削液或切屑的干扰所造成的不得影响 6）具有控制简单、成本低廉的特点把刀具安装在补偿执行装置的可动件上，或者把补偿运动直接传递给工件而不经过中间环节,实现：,五、补偿执行装置结构,1.一种车床加工用补偿刀架,车刀2安装在刀架3上，4为压电晶体补偿元件 这种刀架的补偿原理是利用某些压电晶体的电伸缩特性，在直流电压（一般为0～300V）作用下，补偿元件4伸长，使刀架体3产生弹性变形带动车刀向左移一个微位移，达到尺寸补偿目的 补偿量要根据所用压电晶体的电压和位移关系而定12.2 补偿刀架,2.一种镗刀压电晶体补偿装置,镗刀7利用螺钉10固定在套筒8中，螺钉11用于调整镗刀位置通交流电或脉冲直流电时，压电晶体管3在每个交流电的正半波（或脉冲直流电的每一个脉冲）时伸长，克服弹性涨套5与压板6之间的碟形弹簧9的弹力，将固定镗刀的套筒顶出，使镗刀获得径向微量位移在每个交流电的负半波（或脉冲直流电的两脉冲之间）时，压电晶体管3缩短。

但由于圆柱弹簧1的作用，楔块2随时间向左移动,顶紧缩短了的压电晶体管3，因而镗刀不会退回，完成补偿作用如果持续通电，则镗刀继续作径向微量位移，补偿量决定于持续通电时间当镗刀已经磨损到必须换刀时，则将所有调整元件重新复位待用 安装在绝缘套4内的弹簧触片14压向压电晶体管并与之绝缘，另一端用导线使其与装在镗杆15外部的插头12连接起来，此插头装入镗杆中的绝缘螺塞13内导线与弹簧触片及其与压电晶体管之间的接触必须良好这三者均置于绝缘套中，以保证它们与外部绝缘结构简单和成本低，适应于精加工 使用时要特别注意避免污染及切削液的影响注意,图12.3 镗刀压电晶体补偿装置,第四节 自动化加工刀具的换刀装置,强制更换,不同规格的刀具以不同的切削用量在工作，其耐用度相差悬殊，按其耐用度的大小进行分组，实现分批定期强制更换各组应设有计算刀具实际工作循环的计数器，当达到规定循环数时，便发出信号，进行强制换刀强制检查,如果各把刀具的耐用度相差甚大，又难于按组进行强制换刀时，最好对它们进行强制检查，调整工在进行检查刀具的同时要更换已用钝了的这一组刀具，这样可以减少刀具破损的危险性更换刀具的基本方式：,,更换刀片,更换刀具,更换刀夹,更换刀柄,1.更换刀片,适用,优点,1）被更换元件小，装卸轻便。

若是可转位刀具，当一个切削刃磨损后，只需将刀片转位，由新的一边切削刃进行切削，待几边切削刃都磨损后才更换刀片； 2）刀体不换，减少了刀体的周转量及制造量； 3）换刀精度由刀片精度保证，随着刀片精度的提高及精密级刀片产量和品种的增加，采用更换刀片的换刀方式就更显示出优越性，因为这时无需作任何调整缺点,1）为了保证刀片的互换性及换刀精度，对刀片的质量要求较高，各个表面均需磨削，以提高刀片精度和粗糙度等级，从而使制造成本增加； 2）由于自动线上布置拥挤，机床上的工作空间很小,刀片的携拆装以及刀片支承面的清理不方便；,用于数控机床和自动线上个别工序和多刀加工机床上,只适用于机械夹固式刀具（含可转位刀具）,2.更换刀具,优点,1）对刀片的精度及粗糙度要求不高，降低了刀片制造成本； 2）可在机外进行换刀预调，能保证较高的换刀精度； 3）换刀简便迅速缺点,1）对刀体的精度和粗糙度要求较高，刀体须经过磨制； 2）刀具上备有调整装置，刀具制造成本高； 3）需有机外的预调装置3.更换刀夹,适用,优点,1）对刀片和刀体的精度要求都不高； 2）可在机外进行更换预调，换刀精度很高； 3）有利于自动换刀缺点,1）被更换的元件大而笨重，装卸不方便； 2）需专门设计刀夹，刀夹的制造精度要求较高； 3）与更换刀体方式比较，机外对刀装置更为复杂，调整也比较麻烦； 4）影响刀架系统刚性。

用于数控机床上的自动换刀装置，也可用于自动线上4.更换刀柄,适用,优点,1）便于采用标准工具； 2）同类机床上的刀柄可以通用，便于系列化、标准化,缺点,1）刀具与刀柄的连接往往需用莫氏锥套等中间环节，影响刀具的定位精度和刚性； 2）需专门的机外预调装置广泛用于数控机床及自动线上的铣刀、镗刀、丝锥以及钻头、扩孔钻、铰刀等孔加工刀具的更换图12.4 更换刀具的基本方式,a)更换刀片 b)更换刀具 c)更换刀夹 d)更换刀柄,一、刀具管理的重要作用,第五节 刀具管理系统,,,,,,制造成本,,,加工费,一般管理费,刀具费,制造成本,降低刀具费,使用最新刀具,,,1%~2%,,降低成本,,,100%,切削加工的成本模型,分析发生在企业里与刀具相关的费用 和对制造成本的影响,1.刀具的直接成本:买刀的费用,2.刀具的间接成本：用刀和管刀的费用 包括采购、储存、组装、调试、重磨、重涂等环节所发生的人员工资、房屋和设备折旧等费用，还包括多余采购所占用的资金成本和不合理使用造成的浪费要占制造成本的15%~30%，远远超过刀具的直接成本刀具的间接成本,1.刀具的直接成本占制造成本4%,,2.刀具的间接成本占制造成本30%，包括： 安全的库存量 刀具准备 涂层和其它外协加工 刃磨机床和计算机购置 人员工资 消耗品 房屋租金和保险费 差旅费 人员培训费 质量认证、审计费,,第一，基本功能 降低刀具使用和管理发生的间接费用是刀具管理 的基本功能，包括： 1. 降低刀具的库存，减少冗余的刀具，提高刀 具的利用率； 2. 在刀具供货中引入市场机制； 3. 减少对人员、资金、设备、厂房的占用； 4. 减少备刀、调刀的差错。

二、刀具管理的任务,基本功能：节省开支 减少浪费,第二，高级功能 提高加工效率及刀具应用水平是刀具管 理的高级功能，包括： 1. 服务工艺创新； 2. 选择更好的刀具，更佳的切削参数， 减少随意性； 3. 提供应用技术； 4. 提高加工效率，保证加工质量； 5. 提高数控机床的利用率5%~50%； 6. 分析与监督的作用高级功能：增加效益,三 、刀具系统的管理过程,这四个“正确”要求是： “ 把正确的刀具， 以正确的数量， 在正确的时间 送到正确的地点 根据这四个要求，刀具管理系统必须能产生正确的刀具信息并对信息进行正确的管理一个完整的刀具管理系统有两部分组成,一部分是在产品设、工艺编制和NC编程阶段产生正确的。