一種小型數(shù)控車床排刀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

陳麗文 劉大敏 曹振波

(沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)股份有限公司沈一車床廠技術(shù)部，遼寧 沈陽(yáng)110142)

1 數(shù)控車床排刀的使用現(xiàn)狀

對(duì)于絕大多數(shù)數(shù)控車床，車床刀具系統(tǒng)的配置為回轉(zhuǎn)刀塔或者排刀結(jié)構(gòu)，對(duì)于車削中心還會(huì)增加刀庫(kù)。回轉(zhuǎn)刀塔和刀庫(kù)以其占用行程小、安裝刀具數(shù)量多、更加便于安裝自動(dòng)生產(chǎn)裝置而得到廣泛應(yīng)用。但是，刀塔和刀庫(kù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與排刀結(jié)構(gòu)相比不易裝配且保養(yǎng)維修繁瑣，價(jià)格也相對(duì)較高。因此，在許多數(shù)控車床生產(chǎn)企業(yè)，排刀結(jié)構(gòu)均為標(biāo)準(zhǔn)配置或者可選配置。而且，排刀結(jié)構(gòu)配置已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)床再制造及機(jī)床生產(chǎn)領(lǐng)域［1］。目前，國(guó)內(nèi)外車床數(shù)控系統(tǒng)幾乎全部支持車床配置排刀結(jié)構(gòu)。

2 排刀刀架結(jié)構(gòu)在數(shù)控車床上的應(yīng)用

車床排刀結(jié)構(gòu)就是指按一定規(guī)則有序排列的一組刀夾，根據(jù)工件的實(shí)際切削情況，按順序用螺栓將刀夾固定在滑板上。刀具安裝在車削刀夾的槽或孔內(nèi)，刀具的運(yùn)動(dòng)與床鞍、滑板一起通過(guò)縱、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。排刀車床用于加工各種軸類、盤類零件，可以車削螺紋、圓弧、圓錐及回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外曲面。作為通用型機(jī)床，特別適合汽車、摩托車、電子、航天、軍工等行業(yè)，對(duì)旋轉(zhuǎn)體類零件進(jìn)行高效、大批量、高精度的加工。車床排刀結(jié)構(gòu)圖見如圖1。

3 排刀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 排刀刀夾的材質(zhì)

排刀車削刀夾承受多方向的變化載荷，其剛性及精度要求較高，還需要足夠的韌性。因此，實(shí)際生產(chǎn)中一般使用45 鋼調(diào)質(zhì)后作為排刀刀夾材質(zhì)，硬度為220～250 HBW。

3.2 排刀刀夾的設(shè)計(jì)

車床排刀的主要構(gòu)成就是排刀刀夾，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)雙排外圓刀夾、單排外圓刀夾、鏜刀夾和切斷刀夾等。

如圖2 所示，排刀刀夾分為刀夾和刀夾調(diào)整墊兩層，刀夾下方與滑板槽有定位鍵，槽內(nèi)的鎖緊螺母與刀夾之間通過(guò)螺釘聯(lián)接，螺釘擰緊后刀夾和刀夾調(diào)整墊被鎖緊在滑板上。排刀刀夾上的車削刀具是靠螺釘聯(lián)接在刀夾上，即可進(jìn)行工件的切削工作。

3.3 排刀車削刀夾的精度設(shè)計(jì)

排刀車削刀夾是數(shù)控排刀車床的重要組成部分，它的制造和裝配精度在一定程度上決定了機(jī)床的加工精度。如圖3 所示，為了滿足排刀刀夾的精度設(shè)計(jì)要求，刀夾底面(即與刀夾調(diào)整墊接觸的面)作為基準(zhǔn)面，基準(zhǔn)面磨削以保證平面度及表面粗糙度，而且調(diào)整刀夾時(shí)不再進(jìn)行配磨。刀具定位面與刀夾底面的跳動(dòng)度在0.01 mm 以下、鍵槽兩側(cè)對(duì)刀夾底面的跳動(dòng)度也在0.01 mm 以下。根據(jù)零件精度要求，刀夾安裝后，刀具與主軸中心的高度差在0.02 mm 以內(nèi)。為了保證該精度要求，刀夾下方的刀夾調(diào)整墊需要留有一定的調(diào)整量，裝配過(guò)程中通過(guò)配磨調(diào)整保證刀具與主軸中心的高度差。

4 車床排刀布置圖

車床排刀布置圖是根據(jù)被加工工件尺寸、形狀位置公差、表面粗糙度等技術(shù)要求，進(jìn)行合理的排刀布置，完成被加工工件的加工。為此車床排刀布置圖應(yīng)從以下兩方面控制(如圖4 所示):

(1)被加工工件要求刀具在X 軸行程范圍內(nèi)布置，刀具方向盡可能使用橫向安裝的刀具，即刀桿方向平行于Z 軸，刀尖處于“面對(duì)面”情況時(shí)，相鄰2 把刀的刀尖間隔為工件在X 方向所占據(jù)的空間再加上退刀距離;刀桿方向垂直于Z 軸刀具可以布置在最前或最后。

(2)被加工工件要求刀具在Z 軸行程范圍內(nèi)布置，車床加工時(shí)為了增強(qiáng)工件剛性，一般總是使工件伸出僅可能地短，切削部位盡可能接近卡盤，保證Z 軸方向刀具不與卡盤相碰，當(dāng)需要幾把刀工作時(shí)，其余各刀與“最接近卡盤的刀”之間在Z 方向的距離只能小于(或等于)圖紙上的相應(yīng)部位的軸向尺寸。

5 結(jié)語(yǔ)

本文論述的數(shù)控排刀式車床，已在“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)“千臺(tái)國(guó)產(chǎn)數(shù)控車床可靠性提升工程”得以驗(yàn)證，并統(tǒng)一建立了可靠性保障體系，以“產(chǎn)、學(xué)、用”密切結(jié)合為基礎(chǔ)開展數(shù)控車床全生命周期的可靠性實(shí)用技術(shù)研究。將可靠性技術(shù)成果在本文論述的排刀式數(shù)控車床上進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)際使用中MTBF 達(dá)到900 h，關(guān)鍵零件精度的Cpk 值穩(wěn)定在1.33 以上，整機(jī)產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)精度的Cpk 值達(dá)到1.33，達(dá)到本文論述的數(shù)控排刀式車床的設(shè)計(jì)指標(biāo)，且市場(chǎng)占有率達(dá)到了20%。

［1］庾勇堅(jiān).經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上加裝排刀例析［J］. 科技與信息，2007(8):78 -79.

［2］王先 .機(jī)械加工工藝手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.