基于教學資源合理應用完成機床刀具替代性研究與設計

王慧　郝慧芬　杜瑞

[摘 要] 選擇價格便宜的材料，設計一套機床刀具裝置，用以替代教學中高價購置的成型刀具。該裝置可以替換普通機床及部分數(shù)控機床的刀具，可有效減少機械加工教學環(huán)節(jié)中刀具損耗帶來的經濟負擔，使系部教學資源得到合理利用。

[關 鍵 詞] 刀具裝置；白條剛；卡架

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）24-0009-01

一、研究的背景

隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，機床尤其是數(shù)控機床的使用已經越來越普遍。在機械加工中，車削占有很大比例，所以數(shù)控車床及其刀架系統(tǒng)的可靠性研究尤為重要。根據(jù)前期的數(shù)據(jù)采集和調查的現(xiàn)有可靠性數(shù)據(jù)的分析研究可以看出，數(shù)控機床刀架系統(tǒng)可靠性對整個機床的可靠性影響很大。刀架是數(shù)控車床及車銑復合加工中心的關鍵功能部件，可實現(xiàn)數(shù)控車床及車銑復合加工中的刀具儲備，交換和夾持刀具進行切削等功能。通過國內外大量刀架資料的研究分析表明，刀架刀盤結構參數(shù)是影響刀架性能的關鍵因素之一，綜合性能檢測方法是檢測刀架性能的重要手段。刀盤作為刀架的重要組成部分，其結構參數(shù)對刀架整體的性能影響至關重要。

二、刀架在數(shù)控系統(tǒng)中的重要性

刀架是數(shù)控車床及車銑復合中心的關鍵功能部件之一，直接影響機床的切削性能和切削效率。刀架必須滿足相應的要求才可以進行正常的加工。刀架必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工的切削力，同時要保證刀架在每次加工時的定位精度。

數(shù)控刀架是數(shù)控機床的重要組成部分，是機床的主要功能部件。隨著現(xiàn)代電力電子技術、控制技術和計算機技術的發(fā)展，電機的應用技術也得到了進一步的發(fā)展，電機應用已由過去簡單的起?？刂?、提供動力為目的應用，上升到對其速度、位置、轉矩等進行精確的控制，使被驅動的機械運動符合預想的要求，使被控機械運動實現(xiàn)精確的位置控制、速度控制，以及這些被控機械量的綜合控制。

三、研究開展的條件具備

鄂爾多斯職業(yè)學院機械工程系機加工實訓車間共有數(shù)控車床29臺、數(shù)控銑床4臺、三軸加工中心4臺、四軸加工中心8臺。五軸加工中心2臺、臥式加工中心1臺、車削中心1臺、電火花3臺、線切割3臺，以及各種普通機床若干臺，共計90多臺。對于本次課題的研究機加工實訓室配備了兩臺普通車床，型號分別為：CA6140A/1000和CA6150A/1500；三臺數(shù)控車床，型號分別為：CAK5085/1000、HTC2050和CAK5085/1000；兩個加工中心，型號分別為：VDF-850D和VDF-850D（四軸）。

四、機床刀具替代裝置的設計

（一）刀具替代材料的選擇

學生初學機床加工，會在操作中頻繁打刀，目前數(shù)控車床使用的硬質合金刀價格較貴，現(xiàn)在學生的數(shù)量也在逐年增加，若在實操中一直使用硬質合金刀，學生實訓的費用將會很高。因此需要選擇價格便宜的材料，設計一套機床刀具裝置，用以替代教學中高價購置的成型刀具。該裝置可以替換普通機床及部分數(shù)控機床的刀具，可有效減少機加工教學環(huán)節(jié)中，刀具損耗帶來的經濟負擔，使我系教學資源得到合理利用。

刀具替代材料的選擇采用信息采集法，搜集相關資料，進行數(shù)據(jù)對比，最終確定一種價格便宜且滿足切削性能的材料——白條剛來制作刀具。白條鋼，學名高速鋼，代表牌號為W18Cr4V，它的常溫硬度是62～65HRC，高溫（600℃）硬度是520HV，抗彎強度是3.5GPa，沖擊韌性是0.3MJ/m2。

學生在實操訓練中使用的毛坯材料均是尼龍棒。尼龍棒具有韌性好、耐磨力強、耐油、抗震、拉伸、彎曲強度好，并具有吸水性小、尺寸穩(wěn)定性好等特點，尼龍棒用途廣，是以塑代鋼、鐵、銅等金屬的好材料，是重要的工程塑料。尼龍棒的硬度較白條剛低很多，因此，完全可用白條剛來代替原有的金屬刀具加工尼龍棒。

（二）卡架的制作

卡架的功能類似于車床的四工位刀架，卡架安裝在車床的滑板上，它可以裝夾刀具。卡架滑板由縱向（Z軸）滑板和橫向（X軸）滑板組成，Z軸滑板安裝在床身導軌上，可以沿床身縱向運動，橫向滑板安裝在縱向滑板上，能沿縱向滑板的導軌進行橫向運動，卡架滑板的作用是安裝在其上的卡架刀具在加工中實現(xiàn)縱向和橫向的進給運動。

五、結論

通過市場調研，了解到目前成型刀具的價格和材料，選擇一種價格便宜，可以替代成型刀具切削能力的刀具材料和刀具卡架材料。根據(jù)現(xiàn)有機床的機構特性，采用多個方案對比排除法，確定最終的設計方案。設計一種刀具卡架，可以通過調節(jié)裝置使該卡架可以在教學常用機床刀架上安裝。研制出刀具裝置后，在機床上進行性能試驗，根據(jù)試驗情況，對結構進行改善，直到能滿足性能要求，投入教學使用。

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