第4章刀具自动化1介绍ppt课件.ppt
2023/1/16,武汉理工大学机电学院,1/81,一、刀具自动化的特点、类型及调整,二、自动线刀具,四、刀具的破损与检测,第4章 刀具自动化,三、数控机床刀具,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,2/81,一、刀具自动化的特点、类型及调整,所谓刀具自动化，就是加工设备在切削过程中自动完成选刀、换刀、对刀、走刀等工作过程。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,3/81,1、自动化刀具的特点,（1）合理选择刀具材料，保证刀具稳定可靠的切削性能；,（2）可靠的断(卷)屑措施,（3）较高的尺寸耐用度,（1）高的硬度。一般情况下，常温硬度要求在HRC60以上,（2）足够的强度和韧性,（3）较好的耐磨性,（4）较好的热硬性,（5）良好的工艺性,（4）精确而迅速地调整,（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）刀具系列化,（8）尽量采用先进的高生产率刀具,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,4/81,2、自动化刀具的类型,分为标准刀具和专用刀具两大类。在以自动生产线为代表的刚性自动化生产中，应尽可能提高刀具的专用化程度，以提高生产效率。在以数控机床、加工中心为主体构成的柔性自动化加工系统中，为了适应多品种小批量的要求，一般选用通用标准刀具。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,5/81,2.1 刚性自动化刀具及辅具,组合机床及其自动线是大批量生产常用的刚性自动化设备，刀具专用程度高，其工具系统相对简单。为了在组合机床及其自动线上实现切削刀具的快换，常采用各种标准辅具，譬如各种浮动卡头、快换卡头和接杆等。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,6/81,2.2 数控机床工具系统的分类,镗铣类数控机床用工具系统（简称“TSG”系统）车床类数控机床用工具系统（简称“BTS”系统）,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,7/81,自动化刀具的工具系统,自动化刀具装夹机构的作用 充分发挥自动化加工设备应有的效率，实现快速自动换刀。方法：必须要配备一套标准的装夹机构，建立一套标准的工具系统。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、高效切削而发展起来的，是刀具与机床的接口。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,8/81,工具系统的组成,主要由刀具的柄部（刀柄）、接杆（接柄）和夹头等部分组成。工具系统规定了刀具与装夹工具的结构、尺寸系列及其连接形式。更完善的工具系统还包括自动换刀装置、刀库、刀具识别装置和刀具自动检测装置等。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,9/81,9,机床刀架刀夹基座快换刀夹预调刀头等组成,车削加工的工具系统的组成,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,10/81,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,11/81,数控镗铣加工工具系统,数控镗铣加工工具系统有整体模块两种不同的结构型式。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,12/81,镗铣类整体式工具系统特点,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,13/81,柄杆与刀具的联接,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,14/81,模块式工具系统的结构特点,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,15/81,主柄,联接杆,工作头,模块结构的工具系统,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,16/81,3刀具的预调,组装好的刀具需要进行几何参数调整，将刀具放在刀具预调仪上，按刀具清单列出的参数进行调整。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,17/81,3.1刀具室,刀具室职责：刀具组装和刀具预调，主要由人工完成，负责对用过的刀具进行重磨，对废弃的刀具进行处理，对新刀具进行刀具与刀柄组装、编码和登记（向计算机输入信息）。此外，刀具进入系统前要进行预调。实际上，刀具室的工作是按刀具清单准备刀具，并将准备好的刀具放在刀具进出站。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,18/81,3.2 刀具的组装,刀具组装包括机夹刀片与刀杆的装配，以及刀具与标准刀柄的组装。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,19/81,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,20/81,带螺纹的零件，连接在各种工具柄的尾端，作为镗铣主轴拉刀固定用。,拉钉,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,21/81,（1）机夹刀片与刀杆的装配和组装,加工中心和数控机床大量使用的是可转位机夹刀具，在刀具室，工作人员要根据刀具清单的要求，选定所需要的刀杆和刀片类型，刀片装配到相应的刀杆上。有些刀具还需要与中间接杆相连接，用来转换刀柄与刀具相连接的部分结构，（例如莫氏锥孔、弹簧夹头等），根据需要正确选用和安装。对于用过的刀具，则需要进行刀片转位或更换刀片。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,22/81,刀具清单是按照零件的加工工艺来确定的刀具类型、刀片型号、刀杆规格、以及标准刀柄的规格等等。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,23/81,（2）切削刀具与标准刀柄的组装,加工中心要实现自动换刀，需使用统一的标准刀柄，标准刀柄与主轴的连接部分为标准结构，因此需要将装配好的刀具与标准刀柄进行组装。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,24/81,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,25/81,3.3 刀具的预调,预调仪有测量头、坐标测量机构、定位机构等几个部分组成。,刀具预调仪示意图,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,26/81,测量头,有接触式和非接触式。接触式测量头使用百分表或千分表，测量精度210，它可以测量刀具的直径、轴向尺寸等等。例如测量镗刀，先用标准棒将指示表对零，然后将镗刀装入预调仪，调整刀尖尺寸。非接触式测量头使用刀具投影仪，测量精度在5左右，将刀具放大1030倍，在投影光屏观察，光屏上有标准刻线，用来调整刀尖的尺寸。同时，还可看到刀刃的情况，如刀刃是否平直，有无崩刃、缺口等。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,27/81,坐标测量机构,可实现Z方向和X方向的座标测量。测量头安装在测量架上，测量架在立柱上可沿Z方向移动，立柱在滑板上沿X方向移动，实现两个方向的测量。在立柱和滑板上有刻度尺来确定移动距离，精度高的预调仪用光栅尺等电测方法。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,28/81,定位机构,实现刀具在预调仪上的定位。在调刀之前已将刀具与标准刀柄装配在一起。因此，预调仪的刀具定位机构与机床主轴的定位方式一致，即刀具的标准刀柄与预调仪主轴连接定位。预调仪主轴的回转精度很高，它与加工中心的主轴结构一样，靠长锥孔和刀柄拉紧机构使刀具定位于主轴上。主轴轴线与预调仪的Z坐标方向平行，与X坐标垂直，对其平行度和垂直度的精度要求都很高。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,29/81,刀具预调装置实例,采用图像处理系统可以自动地测量刀具的长度、直径、圆角半径和两个切削刃的角度。而系统软件可以检测切削刃，然后通过安装在光学载体上的摄像机，将刀刃的图像传送到控制系统和屏幕上。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,30/81,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,31/81,二、自动线刀具,1、自动线刀具的工作条件,（1）自动线同时工作刀具数量众多，只要其中有一把刀具由于设计、选择或使用不合理，造成断(卷)屑不好或过早损坏(磨损、崩刃或折断)而又未能及时被发现，采取有效措施，就会造成事故，或产生大量废品，或被迫长时间停机，甚至损坏机床设备，破坏整条自动线的正常运转。,（2）自动线上由于有着大量主轴、刀架、工具及工装，造成刀具工作环境十分拥挤，使断屑、排屑、调整及更换刀具都比较困难。此外，由于自动线上布置十分拥挤，操作者要在生产中观察了解刀具的工作状态也不是一件容易的事。,（3）在现代化的机械加工自动线上，已经不仅限于完成车、铣、钻、扩、锪、镗、铰及攻丝等传统工序，珩磨、磨削、滚压加工、深孔加工、齿轮加工以及大平面的拉削等工序也都逐渐被采用。这样，在同一条自动线上不仅刀具数量众多，而且类型、材料、规格尺寸及采取的切削用量也不相同，刀具耐用度有时相差很悬殊。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,32/81,2、刀具尺寸耐用度,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.与尺寸耐用度相应的刀具磨钝标准是沿工件径向的刀具磨损尺寸来表示的，该尺寸即刀具径向磨损量，用NB来表示。占VB的3040 左右。,磨钝标准：刀具后刀面中间区段的平均磨损量允许达到的最大值（用VB值表示）,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,33/81,意义：,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),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。,3、快速或自动更换,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,34/81,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。,（1）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：,4、刀具工作状态检测装置,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,35/81,刀具磨损在线检测方法,刀具磨损的在线检测,直接检测法,间接检测法,光导纤维法,电视摄像法,接触电阻法,光电法,切削力法,扭矩法,工件尺寸法,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,36/81,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结合起来，并使其自动化，便可实现刀具的自动补偿功能。,刀具尺寸的补偿方法,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,37/81,1.位移和变位两种主要方式（见表4.1）,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。,刀具补偿方式的分类,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,38/81,表4.1 刀具补偿方式,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,39/81,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。,尺寸补偿系统由自动测量装置、控制装置和补偿执行装置三部分组成。,刀具尺寸自动补偿系统,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,40/81,图4.1 车刀尺寸自动补偿系统图,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,41/81,工件尺寸法在线检测/实时补偿刀具磨损原理,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,42/81,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,尺寸自动补偿系统的分类,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,43/81,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良影响。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：,刀具尺寸补偿执行装置,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,44/81,1.一种车床加工用补偿刀架,补偿执行装置结构,1 工件2 刀具3 刀架4 压电晶体补偿元件,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,45/81,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,46/81,2.一种镗刀压电晶体补偿装置,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。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,47/81,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。,自动线刀具的更换,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,48/81,更换刀具的方式,a)更换刀片 b)更换刀具 c)更换刀夹 d)更换刀柄,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,49/81,1.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）,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,50/81,2.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。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,51/81,3.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。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,52/81,4.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。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,53/81,三、数控机床刀具,1、自动换刀装置的类型及特点2、自动换刀系统3、刀具管理系统,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,54/81,1、自动换刀装置的类型及特点,回转刀架换刀更换主轴换刀（主轴与刀库合为一体）更换主轴箱换刀带刀库的自动换刀系统,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,55/81,回转刀架的类型及其工作原理,1、图6-1a)螺母升降转位刀架,2、图6-1b)利用十字槽轮来转位及锁紧刀架,3、图6-1c)凸台棘爪式刀架,4、图6-1d)电磁式刀架,5、图6-1e)液压式刀架,（1）回转刀架换刀,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,56/81,图6-2 数控车床的六角回转刀架,1、刀架抬起,2、刀架转位,3、刀架压紧,4、转位液压缸复位,数控车床的六角回转刀架,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,57/81,回转刀架换刀,工作原理同分度工作台,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,58/81,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,59/81,（2）更换主轴换刀,若干根主轴（一般为612根）安装在转塔头上，每根主轴对应装有一把刀具。根据加工要求可以依次将装有所需刀具的主轴转到加工位置，实现自动换刀，同时接通主运动。因此这种换刀方式又称为更换主轴换刀，转塔头实际上就是一个刀库,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,60/81,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,61/81,（3）更换主轴箱换刀,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,62/81,这类换刀装置由刀库、选刀机构、刀具交换机构及刀具在主轴上的自动装卸机构等四部分组成，刀库可装在机床的工作台上、立柱上或主轴箱上，也可作为一个独立部件装在机床之外。这类换刀装置应用最广泛。,（4）带刀库的自动换刀系统,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,63/81,图6-5 刀库与机床为整体式的数控机床,图6-6 刀库与机床为分体式的数控机床,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,64/81,刀库装在机床的工作台上，这种换刀装置，直接利用机床本身及刀库的运动进行换刀。当某一刀具加工完毕从工件退出后，即开始进行自动换刀。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,65/81,现在的中小型加工中心，刀库不是装在工作台上，而是装在立柱上的一个托架上。采用刀库在托架的导轨上平行于X方向运动与主轴的上下运动实现换刀。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,66/81,当刀库的容量大、刀具较重或机床总体布局等原因，刀库也可作为一个独立部件，装在机床之外,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,67/81,2、自动化换刀系统,刀库自动交换装置刀具识别装置刀具传送装置,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,68/81,（1）刀库形式,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,69/81,盘式刀库,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,70/81,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,71/81,链式刀库,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,72/81,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,73/81,（2）刀具选择方式,顺序选刀方式,将所需刀具严格按工序先后依次插放在刀库中，使用时按加工顺序指令一一取用。采用这种选择方式时，驱动控制较为简单，工作可靠，不需要刀具识别装置。这种选刀方式的缺点是刀库中的刀具数量不宜太多，且更换工件时，刀具顺序必须重排。,任意选择方式,刀具在刀库中任意存放，利用控制系统来识别、记忆所有的刀具和刀座。自动换刀时，刀库旋转，根据程序指令或根据“刀具识别装置”的识别，刀库将所需刀具送到换刀位置，等待换刀。该方法的优点是：刀具在工件一次装夹中可重复使用；刀具数量比顺序选择法的刀具少一些；自动换刀装置通用性增强，应用范围加大。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,74/81,（3）刀具运送装置,当刀库容量较大，布置得离机床主轴较远时，就需要安排两只机械手和刀具运送装置来完成新旧刀具的交换工作：一只机械手靠近刀库，称后机械手，完成拔刀和插刀的动作；另一只机械手靠近主轴，称前机械手，也完成拔刀和插刀的动作；安排在前后机械手之间的刀具运送装置一方面将前机械手从主轴上拔出的刀具运回刀库旁，以便后机械手将该刀具拔出，再插回刀库；另一方面则将后机械手从刀库中拔出的刀具运到主轴旁，以便前机械手将该刀具拔出后再插进主轴。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,75/81,（4）刀具识别装置,刀具的识别是指自动换刀装置对刀具的识别，通常可采用刀具编码法和软件记忆法。,一种早期使用的刀具识别方法。在刀柄或刀座上装有若干个厚度相等、不同直径的大小编码环，如用大环表示二进制的“1”，小环表示“0”，则这些环的不同组合就可表示不同刀具，每把刀具都有自己的确定编码。在刀库附近装有一个刀具识别装置，其上有一排与编码环 一一对应的触针（接触式）或传感器（非接触式）。当需要换刀时，刀库旋转，刀具识别装置不断地读出每一把经过的刀具的编码，并送入控制系统与换刀指令中的编码进行比较，当二者一致时，控制系统便发出信号，使刀库停转，等待换刀。,将刀库上的每一个刀座进行编号，得到每一刀座的“地址”。将刀库中的每一个刀具再编一个刀具号，然后在控制系统内部建立一个刀具数据表，将原始状态刀具在刀库中的“地址”一一填入。刀库上装有检测装置，可以读出刀库在换刀位置的地址。取刀时，控制系统根据刀具号在刀具数据表中找出该刀具的地址，按优化原则转动刀库，当刀库上的检测装置读出的地址与取刀地址相一致时，刀具便停在换刀位置上，等待换刀；若欲将换下的刀具送回刀库，也不必寻找刀具原位，只要按优化原则送到任一空位即可，控制系统将根据此时换刀位置的地址更新刀具数据表，并记住刀具在刀库中新的位置地址。这种换刀方式目前最为常用。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,76/81,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,77/81,数控加工刀具技术的发展趋势,高速加工 1900年，碳素工具钢，加工直径100mm，长500mm的碳钢轴件，需要100分钟；2000年，硬质合金涂层刀具和立方氮化硼刀具，需要1分钟完成。切削效率提高100倍。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,78/81,铣削：CBN铣削铸铁、切削速度可达1000-2000米/分。车削：氮化硅陶瓷车削灰铸铁、切削速度可达500-700米/分。CBN车削淬火钢(HRC60)，切削速度可达100-200米/分。CBN车削铸铁刹车盘，切削速度可达700-1000米/分。钻削：整体硬质合金钻头钻灰铸铁，切削速度可达100米/分。攻螺纹：钴高速钢丝锥(M141.5)加工可锻铸铁，切削速度可达61米/分。滚齿：硬质合金滚刀加工16MnCr5，切削速度可达350米/分。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,79/81,刀具新材料的应用,据有关统计资料：高速钢刀具大约占全部刀具费用的65%，所切除的切屑仅占总切屑量的28%。涂层或末涂层硬质合金刀具大约占全部刀具费用的33%，所切除的切屑却占总切屑量的68%。超硬刀具(立方氮化硼、金刚石)所占全部刀具使用面比例则很少，仅占1-3%。今后随着高速加工的发展趋势，硬切削、干切削的增加，这个比例将会大幅度提高。适用于高速切削的刀具材料主要有涂层刀具、金属陶瓷(TiCN基硬质合金)刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)和聚晶金刚石(PCD)超硬刀具等。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,80/81,多功能的复合刀具,多功能的复合刀具是当前刀具结构发展中的另一个趋势。目标：发挥以车削加工中心和镗铣类加工中心为代表的数控加工技术的优势，对复杂零件在一次安装中进行多工序的集中加工，并淡化传统的车、铣、镗、螺纹加工等不同切削工艺的界限，是当前提高数控机床效率、加快产品开发的重要途径。为此，也对刀具提出了新的要求，除了刀具模块化以外，还要求一种刀具要尽可能多地完成对零件不同工序的加工。减少换刀次数，节约频繁换刀时间；同时，还可以减少刀具的数量和库存量，有利于管理和降低制造成本。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,81/20,四、刀具的破损与检测,1、刀具破损形式2、刀具破损的自动检测,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,82/20,刀具破损形式,低速性崩刃,般发生在新刀具(或刚经过重磨的刀具)使用的初期阶段或切削速度很低的情况下，因此称为低速性崩刃。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,83/20,切削速度越高，越容易发生高速性破损，高速性破损因此而得名,高速性破损,刀具破损形式,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,84/20,刀具破损监测方法,声发射法（AE）切削力法,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,85/20,AE基本原理,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,86/20,声发射监控法（AE）,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,87/20,典型的裂纹声发射频谱图,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,88/20,进给率不同,切削深度不同,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,89/20,声发射钻头破损检测装置系统图,试验及频谱分析发现：正常切削产生的AE 信号主要是工件材料的塑性变形，其功率谱分布，100kHz 以下数值很大,100kHz 以上较小；而当刀具破损时，100kHz 以上频率成分的AE 信号要比正常切削时大得多，特别是100500kHz 之间的频率成分更大些。为此，只要选取合适带宽的AE 传感器及带通滤波器的频率范围，监测100500kHz 频率成分AE 信号的变化，便可实现监测刀具破损。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,90/20,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,91/20,切削力监控法,加工过程中,切削力(扭矩)是刀具状态最直接的反映,而其他的诸如电机电流、电压变化均是对切削力变化情况的间接反映,监测的灵敏度不及前者。该法不仅能对大刀具(粗加工)监测,而且对小刀具(精加工)的监测也有较好的效果。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,92/20,探针法,光电法,气动法,电磁法,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,93/20,Renishaw TRS2 刀具破损检测系统,将激光光束发射到刀具上，并监控反射回来的散射光，以确定刀具是否破损，如图所示。TRS2系统能够检测所有实心刀具，包括钻头、丝锥、端面刀具、槽孔钻头及球形端面刀具。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,94/20,MARPOSS：MidaLaser非接触式探测装置,可以进行刀具破损检测、刀具磨损补偿、刀具长度测量、刀具直径的静态与动态测量、刀具识别、机床轴的热漂移补偿，以及铣床和加工中心的回转刀具轮廓检测。,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,95/20,五、排屑自动化,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,96/20,带式排屑装置,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,97/20,刮板式排屑装置,2023/1/16,武汉理工大学机电学院,98/20,螺旋排屑装置,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
