数控铣床／加工中心的常用刀具及其安装

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1.数控铣床／加工中心的常用刀具

1）数控铣床／加工中心常用的刀具类型

（1）铣削刀具。铣刀是刀齿分布在旋转表面或端面上的多刃刀具，其几何形状较复杂、种类较多，常用的有面铣刀、立铣刀、键槽铣刀、球头铣刀和成形铣刀等，如图1－24所示。

[size=0.8em]图1－24　常见的铣削加工刀具

（a）面铣刀；（b）直柄立铣刀；（c）锥柄立铣刀；（d）键槽铣刀；（e）球头铣刀

（2）孔加工刀具。常用的孔加工刀具有中心钻、麻花钻（直柄、锥柄）、扩孔钻、锪孔钻、铰刀、镗刀、丝锥等，如图1－25所示。

[size=0.8em]图1－25　常见的孔加工刀具

（a）中心钻；（b）麻花钻；（c）扩孔钻；（d）机用铰刀；（e）单刃粗镗刀；（f）可调精镗刀；（g）机用丝锥

2）数控刀具材料

（1）常用的数控刀具材料。常用的数控刀具材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金刚石等。其中，高速钢、硬质合金和涂层硬质合金三类材料应用最为广泛。

（2）各刀具材料性能比较。硬度和韧性是刀具材料性能的两项重要指标，上述各类刀具材料的硬度与韧性对比如图1－26所示。

[size=0.8em]图1－26　不同刀具材料的硬度与韧性对比

2.数控铣床／加工中心的刀柄系统

数控铣床／加工中心的刀柄系统是用于连接机床和切削刀具的工具系统，图1－27所示为刀柄与刀具的连接关系。刀柄系统具有卡具的功能和量具的精度，是直接关系到刀具能否得到正确使用，切削能否达到理想效果的关键因素所在，包括刀柄、拉钉和夹头（或中间模块）。目前刀柄系统各模块已实现系列化、标准化，其使用标准有国际标准（ISO）和中国、美国、德国和日本等国的标准。

[size=0.8em]图1－27　数控铣床／加工中心刀柄与刀具的连接关系

1）刀柄

刀具通过刀柄与机床主轴相连，刀柄通过拉钉和主轴内的拉刀装置固定在主轴上，刀具由刀柄夹持传递速度、扭矩，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。

数控铣床／加工中心的刀柄包括7∶24锥柄系统和1∶10锥柄HSK空心短圆锥高速模块式工具系统，其中7∶24锥柄系统占到所有数控铣床／加工中心刀柄的80%以上，HSK工具系统能够提高系统的刚性、稳定性以及高速加工时的产品精度，并缩短刀具更换的时间，在高速加工中发挥着很重要的作用。常见的刀柄主要有以下几种：

（1）弹簧夹头刀柄（ER）。弹簧夹头刀柄（图1－28）主要用于钻头、铣刀、丝锥等直柄刀具及工具的装夹。其夹紧机构由刀柄内锥孔、弹簧夹头和螺帽组成。由螺帽将夹头向内压入，和刀柄内孔锥度配合，由夹头收缩完成夹紧过程。

（2）钻夹头刀柄（SPU、SPH）。钻夹头刀柄（图1－29）其夹紧机构与普通的自定心三爪的原理一样，通过内部传动，使夹爪伸出闭合，缩进张开夹紧普通直柄刀具。其主要用于在其夹紧范围之内的钻头类刀具的夹紧，亦可用于直柄铣刀、铰刀、丝锥等小切削力刀具的夹紧。这种刀柄夹持范围广，单款可夹持不同柄径的钻头，由于夹紧力较小，夹紧精度低，所以通常用于直径在ϕ16 mm以下的普通钻头的夹紧。夹紧时要用专用扳手夹紧，在加工时如受力过大很容易造成三爪断裂。

[size=0.8em]图1－28　弹簧夹头刀柄

[size=0.8em]图1－29　钻夹头刀柄

（3）强力铣刀柄（MLC）。强力铣刀柄（图1－30）主要用于铣刀、铰刀等直柄刀具及工具的夹紧，夹紧力比较大，夹紧精度较好。更换不同的夹头可夹持不同柄径的铣刀、铰刀等。在加工过程中，强力型刀柄前端直径比弹簧夹头刀柄大，容易产生干涉。

[size=0.8em]图1－30　强力铣刀柄及夹头

（4）侧固式刀柄（SLN）。侧固式刀柄（图1－31）适合装夹快速钻、铣刀，粗镗刀等削平刀柄刀具的装夹。这种刀柄夹持力度大、结构简单、相对装夹原理简单，但通用性不好。

（5）平面铣刀柄（FMA、FMB）。平面铣刀柄（图1－32）主要用于套式平面铣刀盘的装夹，采用中间芯轴和两边的定位键定位，用端面内六角螺栓锁紧。平面铣刀刀柄分公制和英制两种，使用时需要清楚机床主轴接口和平面铣刀刀盘内孔孔径，在加工条件许可的情况下，为提高刚性尽量选择短一点的刀柄。

[size=0.8em]图1－31　侧固式刀柄

[size=0.8em]图1－32　平面铣刀柄

（6）莫氏锥孔刀柄（MTA、MTB）。莫氏锥孔刀柄（图1－33）分为莫氏铣刀刀柄（MTB）和莫氏钻头刀柄（MTA），MTA型刀柄内孔尾部开扁尾槽，适合安装莫氏扁尾的钻头、铰刀及非标刀具；MTB型刀柄内孔尾部附带拉杆螺栓，适合安装莫氏锥度尾部有内螺纹的铣刀和非标刀具。

[size=0.8em]图1－33　莫氏锥孔刀柄

（a）莫氏钻头刀柄（MTA）；（b）莫氏铣刀刀柄（MTB）

（7）攻丝刀柄。攻丝刀柄有两种：一是弹簧攻丝刀柄，有点类似ER刀柄，只不过有弹性；二是伸缩攻丝刀柄，伸缩攻丝刀柄通过ER筒夹安装各种型号的丝锥，一般用于柔性攻丝（也称浮动攻丝），其内部含有弹簧性质的装置，通过内部的保护机构可使前后收缩5 mm，在丝锥过载停转时起到保护作用。攻丝刀柄如图1－34所示。

[size=0.8em]图1－34　攻丝刀柄

2）拉钉

数控铣床／加工中心拉钉的尺寸已标准化，ISO国际标准和GB国家标准规定了A型和B型两种形式的拉钉，如图1－35所示，A型拉钉用于不带钢球的拉紧装置，B型拉钉用于带钢球的拉紧装置。拉钉的具体尺寸可查阅有关标准。

[size=0.8em]图1－35　ISO标准拉钉

（a）ISO标准A型拉钉；（b）ISO标准B型拉钉

3）弹簧夹头及中间模块

弹簧夹头有ER弹簧夹头和KM弹簧夹头两种，如图1－36所示，其中ER弹簧夹头的夹紧力较小，适用于切削力较小的场合，KM弹簧夹头的夹紧力较大，适用于强力切削。

[size=0.8em]图1－36　弹簧夹头

（a）ER弹簧夹头；（b）KM弹簧夹头

中间模块是刀柄和刀具之间的连接装置，通过中间模块的使用可提高刀柄的通用性能。图1－37所示为镗刀的中间模块。

[size=0.8em]图1－37　镗刀的中间模块

2.刀具安装

1）刀具的安装辅具

只有通过相应的安装辅具才能将刀具装入相应的刀柄中，常用的刀具安装辅具有锁刀座和月牙扳手，如图1－38所示。

[size=0.8em]图1－38　刀具的安装辅具

（a）锁刀座；（b）月牙扳手

2）刀具的安装

各种类型刀具的安装大同小异，下面以强力铣刀柄安装立铣刀为例，介绍刀具的安装过程：

（1）根据立铣刀的直径选择合适的弹簧夹头及刀柄，并将各安装部位擦拭干净。

（2）按图1－39（a）所示安装顺序，将刀具及弹簧夹头装入强力刀柄中。

（3）将刀柄放入锁刀座，放置时使刀柄的键槽对准锁刀座上的键，使刀柄无法转动。

（4）用专用的月牙扳手顺时针拧紧刀柄的锁紧螺母。

（5）将拉钉装入刀柄并拧紧，装夹完成的刀具如图1－39（b）所示。

[size=0.8em]图1－39　强力铣刀柄安装刀具

（a）刀具安装顺序图；（b）装夹完成后的直柄立铣刀
1—立铣刀；2—弹簧夹头；3—刀柄；4—拉钉

[size=0.8em]安装刀具时注意以下事项：

[size=0.8em]①安装直柄立铣刀时，根据加工深度控制刀具伸出弹簧夹头的长度，在许可的条件下尽可能伸出短一些，过长将减弱刀具铣削刚性。

[size=0.8em]②禁止将加长套筒套在专用扳手上拧紧刀柄，也不允许用铁锤敲击专用扳手的方式紧固刀柄。

[size=0.8em]③装卸刀具时务必弄清扳手旋转方向，特别是拆卸刀具时的旋转方向，否则将影响刀具的装卸，甚至损坏刀具或刀柄。

[size=0.8em]④安装铣刀时，操作者应先在铣刀刃部垫上棉纱方可进行铣刀安装，以防止刀具刃口划伤手指。

[size=0.8em]⑤拧紧拉钉时，其拧紧力要适中，拧紧力过大易损坏拉钉，且拆卸也较困难；拧紧力过小则拉钉不能与刀柄可靠连接，加工时易产生事故。

3）将刀具装入机床主轴

完成刀具安装后，操作者即可将安装好的刀具装入数控铣床／加工中心的主轴。操作过程如下：

（1）用干净的擦布将刀柄的锥部及主轴锥孔擦拭干净。

（2）将刀柄装入机床主轴中。将机床置于JOG（手动）模式下，左手握刀柄使刀柄的键槽与主轴端面键对齐，右手按主轴上的松刀键（气动按钮），机床执行松刀动作，左手顺势向上将刀柄装入主轴中，即完成装刀操作，如图1－40所示。

[size=0.8em]图1－40　刀具装入机床主轴

（a）刀具装入主轴动作；（b）装夹完成后的刀具

《零件数控铣削加工》作者： 宋理敏，贾磊主编；李粉霞，张子祥，吕玉兰参编；董海涛，高晓芬主审