用于車削中心動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件的設(shè)計(jì)

黃曉呈，張 振

（廣東機(jī)械技師學(xué)院，廣東廣州 510450）

1 加工對(duì)象分析

傳動(dòng)軸零件如圖1所示，加工內(nèi)容包含車削、銑削和鉆削，車削加工工序有外圓粗加工、外圓精加工、切槽粗加工以及切槽精加工，用到的車刀有90°外圓刀和3mm外槽刀。一般車削中心機(jī)床的刀塔有8個(gè)刀位或12個(gè)刀位，因此在進(jìn)行圖1所示傳動(dòng)軸零件車削加工工序時(shí)，所需的車刀可以一次性安裝在機(jī)床的刀塔上，無(wú)需中途拆裝刀具，只需要確定好刀具在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，接下來(lái)調(diào)用讀取對(duì)應(yīng)的加工程序，轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的刀位號(hào)即可進(jìn)行該零件的加工。

圖1 傳動(dòng)軸零件

該零件銑削加工工序有4種，分別是銑削粗加工、銑削精加工、動(dòng)力刀座鉆孔和銑削倒角，用到的銑刀有Φ6立銑刀（粗加工用）、Φ10立銑刀（精加工用）、Φ6倒角刀和Φ5鉆頭。進(jìn)行銑削加工工序時(shí)，傳統(tǒng)的動(dòng)力刀座在加工工藝較多需要更換刀具時(shí)，需要通過兩把手動(dòng)扳手配合完成裝卸，且需要重新確定刀具偏置才能進(jìn)行下一工序的加工。

2 動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件設(shè)計(jì)方案

為了解決在車削中心上加工復(fù)合工序軸類零件存在加工效率低下等方面的問題，設(shè)計(jì)了動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件，解決加工中的難點(diǎn)，減少了工序之間的調(diào)整時(shí)間，提高了重復(fù)定位精度。

2.1 設(shè)計(jì)動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件的技術(shù)背景

傳統(tǒng)動(dòng)力刀座重復(fù)定位精度低，更換刀具后，需要重新確定刀具偏置，嚴(yán)重影響加工精度及加工效率。ER螺母和ER彈簧夾頭均為消耗品，頻繁地更換刀具，會(huì)對(duì)夾持精度帶來(lái)很大的影響，降低ER螺母和ER彈簧夾頭的使用壽命。為此，設(shè)計(jì)出動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件，目的是增加夾持穩(wěn)定性，減少更換刀具的輔助時(shí)間，提高加工精度與加工效率，實(shí)現(xiàn)“一座多用”，大大降低昂貴的動(dòng)力刀座的固定投資。

2.2 設(shè)計(jì)方案

動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需解決的工藝難點(diǎn)包括：①更換刀柄的制作精度；②動(dòng)力刀座與更換刀柄的連接與定位精度；③調(diào)整更換刀柄的便利性和快捷性；④動(dòng)力刀座與更換刀柄配合的合理性，保證加工過程的可靠性和穩(wěn)定性。

本動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件由更換刀柄[圖2（a）]和拆卸刀柄套筒[圖2（b）]兩部分組成。動(dòng)力刀座、ER螺母和ER彈簧夾頭均為標(biāo)準(zhǔn)件，與動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件配合使用。

動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件如圖2所示。

圖2 動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件

3 動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件的工作原理

動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件在動(dòng)力刀座的基礎(chǔ)上和更換刀柄配合使用。更換刀柄通過ER彈簧夾頭和ER螺母配合使用，可裝成銑刀、倒角刀、鉆頭、絲錐、螺紋銑刀、鉸刀等刀具，避免了經(jīng)常拆卸ER螺母和ER彈簧夾頭，提高了ER彈簧夾頭和ER螺母的使用壽命。不同工序需要更換刀柄時(shí)，只需通過拆卸套筒連接更換刀柄，將更換刀柄的螺紋部分與動(dòng)力刀座主體分離。

同時(shí)，這種更換刀柄可實(shí)現(xiàn)線下對(duì)刀，無(wú)需占用機(jī)床，可以預(yù)先測(cè)量記錄所有刀具的長(zhǎng)度。接下來(lái)在車削中心刀補(bǔ)頁(yè)面創(chuàng)建多個(gè)刀沿，進(jìn)行刀具刀沿?cái)?shù)值偏置，在更換下一個(gè)工序時(shí)，只需將更換刀柄裝載在對(duì)應(yīng)刀位的動(dòng)力刀座上，即可進(jìn)行下一個(gè)工序的加工。

更換刀柄采用20CrMnTi滲碳鋼材料，加工后進(jìn)行熱處理，具有綜合的力學(xué)性能，防止在反復(fù)使用過程中磨損，從而影響定位精度。拆卸刀柄套筒對(duì)力學(xué)性能要求不高，為了降低制作成本，用40Cr材料制作即可。

動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件裝配圖紙如圖3所示。

圖3 動(dòng)力刀座的快捷更換刀柄組件裝配圖

4 使用效果

利用動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件在車削中心上加工傳動(dòng)軸，不同銑削工序中間能夠快速調(diào)整，避免了長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)調(diào)整動(dòng)力刀座，機(jī)床利用率較高?？筛鶕?jù)工序需要更換不同的刀具，無(wú)需重新確定刀具偏置，大大提高了加工精度和加工效率。使用該組件后只需單個(gè)動(dòng)力刀座即可完成傳動(dòng)軸的加工，動(dòng)力刀座投資小，且無(wú)需占用動(dòng)力刀塔的多個(gè)刀位，減少了刀具與零件、刀具與刀具的干涉。使用動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件完成傳動(dòng)軸加工，加工效率對(duì)比見表1。

表1 零件加工效率對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

車削中心是一種應(yīng)用廣泛的復(fù)合加工，目前，數(shù)控車床的多軸化、復(fù)合化已成為國(guó)內(nèi)外機(jī)床發(fā)展的必然趨勢(shì)，它能夠擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，提高機(jī)床的使用效率。使用動(dòng)力刀座快捷更換刀柄組件，可提高加工效率和加工精度。