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在使用四刀位數(shù)控車床加工零件時(shí)，通常用墊片墊車削刀具，以保證車削刀尖的車削中心和數(shù)控車床主軸的高度，以保證加工精度。部分。但是，由于工具桿的厚度不同以及每個(gè)車刀的刀片安裝高度不同，為了確保車刀尖端的高度與主軸的旋轉(zhuǎn)軸相等，必須選擇合適的墊片厚度以墊住車刀，很難找到合適的墊片厚度，這不可避免地導(dǎo)致車刀尖端高度與主軸旋轉(zhuǎn)軸線不相等，從而導(dǎo)致刀具安裝錯(cuò)誤。分析了刀具加載高度誤差引起的加工誤差，得出結(jié)論：刀具加載高度誤差不僅影響零件的尺寸精度，而且影響零件的形狀精度，并提出解決工具加載高度誤差對(duì)零件加工質(zhì)量影響的措施。由車削刀尖高度和主軸旋轉(zhuǎn)中心高度不相等引起的刀具加載高度誤差對(duì)零件的加工精度影響很小，很容易忽略。例如，常用的試切法和ATC法更注重工具在橫向和縱向上的誤差的校正，而較少關(guān)注工具裝載的高度誤差。但是刀具裝載的高度誤差對(duì)精密加工有很大的影響。開發(fā)一種精確的對(duì)刀裝置，以減少刀具裝載的高度誤差，提高加工精度，并確保零件的加工質(zhì)量，這一點(diǎn)非常重要。本文在不改變數(shù)控車床結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種精密的對(duì)刀裝置，該裝置以螺桿斜滑塊機(jī)構(gòu)為刀具高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。該裝置可以保證工具安裝的準(zhǔn)確性，安裝簡(jiǎn)便，安全可靠。
一、精準(zhǔn)對(duì)刀裝置的設(shè)計(jì)
1.1設(shè)計(jì)要求
要實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床精準(zhǔn)對(duì)刀，保證零件的加工質(zhì)量，提高工作效率，設(shè)計(jì)出的精準(zhǔn)對(duì)刀裝置需滿足以下要求:
(1)車刀刀尖高度調(diào)整方便、快捷、精準(zhǔn);
(2)車刀夾緊安全、可靠，在切削力作用下不發(fā)生位置偏移;
(3)精準(zhǔn)對(duì)刀裝置安裝方便、可靠。
1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為滿足精準(zhǔn)對(duì)刀裝置的設(shè)計(jì)要求，作者設(shè)計(jì)出了方便快捷的精準(zhǔn)對(duì)刀裝置。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
對(duì)刀裝置
此裝置的裝刀夾11通過(guò)內(nèi)六角螺栓與高度調(diào)整塊2緊固，高度調(diào)整塊1與高度調(diào)整塊2以斜面接觸，通過(guò)高度調(diào)整手輪8帶動(dòng)與高度調(diào)整塊1相旋合的高度調(diào)整絲桿3轉(zhuǎn)動(dòng)，可以使高度調(diào)整塊1沿導(dǎo)向底板1的導(dǎo)軌左右移動(dòng)，從而推動(dòng)高度調(diào)整塊2沿調(diào)刀體9的導(dǎo)軌.上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝刀夾的高度調(diào)整。
為保證對(duì)刀的精準(zhǔn)、快捷、方便，在調(diào)刀體9上安裝一個(gè)方便拆卸的對(duì)刀塊4，對(duì)刀塊4的對(duì)刀面在精準(zhǔn)對(duì)刀裝置安裝在數(shù)控車床四刀位刀架上時(shí)應(yīng)與數(shù)控車床的主軸回轉(zhuǎn)軸線等高，當(dāng)調(diào)整車刀刀尖到達(dá)對(duì)刀塊4的對(duì)刀面時(shí)即可認(rèn)定刀尖已與數(shù)控車床回轉(zhuǎn)軸線等高，并用鎖緊螺釘將高度調(diào)整塊1鎖緊。此項(xiàng)刀尖高度調(diào)整工作可在精準(zhǔn)對(duì)刀裝置安裝在數(shù)控車床四刀位刀架前完成，不占用機(jī)床加工零件時(shí)間。
1.3具體操作說(shuō)明
(1)將車刀5安裝在裝刀夾11 上，用緊定螺栓緊固，轉(zhuǎn)動(dòng)高度調(diào)整手輪8使裝刀夾下降，并將裝刀夾往下壓實(shí)，保證高度調(diào)整塊2和高度調(diào)整塊1相互接觸;.
(2)將對(duì)刀塊4安裝在調(diào)刀體9.上，緊 固;
(3)轉(zhuǎn)動(dòng)高度調(diào)整手輪8使車刀刀尖緩慢向上移動(dòng)，直至車刀刀尖與對(duì)刀塊4的對(duì)刀面接觸，擰緊鎖緊螺釘7對(duì)刀尖高度鎖定;
(4)拆除安裝在調(diào)整塊9.上的對(duì)刀塊4;
(5)將精準(zhǔn)對(duì)刀裝置安裝在數(shù)控車床四刀位刀架上，并用緊固螺栓緊固。
二、精準(zhǔn)對(duì)刀裝置關(guān)鍵零件加工工藝要點(diǎn)
2.1對(duì)刀塊的對(duì)刀面加工工藝要點(diǎn)
如前所述，調(diào)整數(shù)控車刀刀尖高度時(shí)，只要將刀尖調(diào)整到與對(duì)刀面相接觸就可認(rèn)定其與數(shù)控車床的主軸回轉(zhuǎn)軸線等高，這就要求精準(zhǔn)對(duì)刀裝置在數(shù)控車床四刀位刀架.上安裝時(shí)，對(duì)刀塊的對(duì)刀面需與數(shù)控車床的主軸回轉(zhuǎn)中心等高。
機(jī)床生產(chǎn)廠家在數(shù)控車床出廠前已經(jīng)保證了其尾座套筒中心線與主軸回轉(zhuǎn)軸線等高，則安裝在尾座套筒中固定頂針的頂尖就處于主軸回轉(zhuǎn)軸線上而與主軸回轉(zhuǎn)軸線等高，只要保證了精準(zhǔn)對(duì)刀裝置的對(duì)刀面與固定頂針的頂尖等高，就可保證數(shù)控車刀刀尖與對(duì)刀面接觸時(shí)刀尖與數(shù)控車床回轉(zhuǎn)軸線等高。因此，為滿足對(duì)刀塊的安裝要求，可以依據(jù)“自為基準(zhǔn)”原則來(lái)完成對(duì)刀塊的對(duì)刀面加工，其加工工藝要點(diǎn)是:利用安裝于數(shù)控車床尾座上固定頂針的頂尖對(duì)安裝在數(shù)控車床四刀位刀架上的精準(zhǔn)對(duì)刀裝置對(duì)刀塊進(jìn)行劃線，并以此線為基準(zhǔn)完成對(duì)刀塊的對(duì)刀面加工。
2.2高度調(diào)整塊螺紋孔和調(diào)刀體絲桿支承孔的加工工藝要點(diǎn)
在對(duì)刀過(guò)程中，通過(guò)高度調(diào)整塊螺紋孔與高度調(diào)整絲桿的相互旋合，可以調(diào)整數(shù)控車刀的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)刀尖與數(shù)控車床的主軸回轉(zhuǎn)軸線等高。為保證數(shù)控車刀高度調(diào)整靈活、快捷，高度調(diào)整絲杠在車削加工過(guò)程中不應(yīng)該承受切削力的作用而發(fā)生彎曲變形，切削力可以通過(guò)高度調(diào)整塊由導(dǎo)向底板承擔(dān)。為滿足高度調(diào)整絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)靈活實(shí)現(xiàn)數(shù)控車刀的高度調(diào)整，需要保證高度調(diào)整塊螺紋孔和調(diào)刀體兩高度調(diào)整絲桿支承孔同軸，并且要提高導(dǎo)向底板與調(diào)刀體、高度調(diào)整塊的裝配精度。因此，在高度調(diào)整塊螺紋孔的加工工藝上，可以采用“合件加工”的方式來(lái)完成高度調(diào)整塊螺紋孔、調(diào)刀體兩高度調(diào)整絲桿支承孔的定位加工。如圖2所示，在高度調(diào)整塊螺紋孔以及調(diào)刀體兩絲桿支承孔加工之前，將調(diào)刀體、導(dǎo)向底板和高度調(diào)整塊按圖示方法進(jìn)行緊固，然后利用加工中心對(duì)調(diào)刀體兩絲桿支承孔、高度調(diào)整塊螺紋孔一次性鉆孔，最后再對(duì)各孔按各自技術(shù)要求進(jìn)行加工。
合件加工
通過(guò)試制，采用此加工工藝既保證了各孔的同軸度，又保證了裝配精度，高度調(diào)整絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，達(dá)到了設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。
三、精準(zhǔn)對(duì)刀裝置的受力分析
在車削過(guò)程中，如果數(shù)控車削工具要從毛坯上切下切屑，則必須對(duì)毛坯施加力。在該力的作用下，切屑材料將發(fā)生彈性變形，塑性變形，甚至斷裂，這將從母材上剝離。根據(jù)力和反作用力的原理，在車削過(guò)程中，切屑材料還使數(shù)控車削刀具具有抗后切削力，即切削力F。如圖3所示，切削力F可分為分為三個(gè)相互垂直的分量，一個(gè)是沿進(jìn)給方向的進(jìn)給分量f，一個(gè)是垂直于工作平面的反作用力FP，另一個(gè)是沿主運(yùn)動(dòng)方向的主切削力FC。真力Fp和進(jìn)給力F的合力為Fz，推力Fz作用在切削層的平面上并垂直于主切削刃。
如圖3所示，在車削過(guò)程中，使用強(qiáng)大的力Fp和進(jìn)給力Ff將NC車刀推向NC車床的X軸和Z軸的正方向，以便NC車床工具離毛坯很遠(yuǎn)。在精密工具設(shè)置裝置中，有7個(gè)鎖緊螺釘7以防止NC車刀沿X軸正方向移動(dòng)，高度調(diào)節(jié)塊防止NC車刀沿Z軸正方向移動(dòng)。在鎖緊螺釘7和高度調(diào)節(jié)塊2的共同作用下，可以確保數(shù)控車刀不會(huì)沿x軸和z軸的正方向移動(dòng)，并且可以確保數(shù)控車刀的位置CNC車床在X軸方向和Z軸方向上的穩(wěn)定性穩(wěn)定，這對(duì)于提高零件的加工質(zhì)量尤為重要。主切削力FC主要作用在NC車刀的垂直方向上。按下數(shù)控車刀時(shí)，由于刀具裝置的精確高度調(diào)節(jié)塊2和導(dǎo)向基板的共同作用，可以抵抗主切削力FC，從而避免了數(shù)控車刀的下移。
車削加工
通過(guò)以上分析可知:此精準(zhǔn)對(duì)刀裝置在車削加工過(guò)程中穩(wěn)定可靠,具有良好的剛度,能保證零件的加工精度。
四、精準(zhǔn)對(duì)刀裝置的加工精度測(cè)試
為驗(yàn)證研制的精準(zhǔn)對(duì)刀裝置對(duì)零件加工精度的影響,分別利用傳統(tǒng)對(duì)刀方式和精準(zhǔn)對(duì)刀裝置對(duì)刀方式，在某廠生產(chǎn)的CKA6140型數(shù)控車床上對(duì)如圖4所示的測(cè)試樣件進(jìn)行車削,采用同一加工程序加工,加工材料為40Cr。加工完成后,經(jīng)測(cè)量,得出兩種對(duì)刀方式的加工質(zhì)量如表1所示。
從測(cè)試結(jié)果對(duì)比可以看出:
(1)對(duì)刀高度誤差是引起精密零件加工誤差的主要因素;
(2)隨著零件加工直徑的逐步變小,由于對(duì)刀高度誤差引起的零件加工誤差越來(lái)越明顯;
(3)采用精準(zhǔn)對(duì)刀裝置可以減少對(duì)刀高度誤差,提高零件加工精度;
(4) 精密小零件的加工,采用精準(zhǔn)對(duì)刀裝置對(duì)刀車削,加工精度提高較為明顯。因此,本精準(zhǔn)對(duì)刀裝置可以提高車削加工的零件加工精度,達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。
五、結(jié)論
為了解決數(shù)控車床對(duì)刀精度低造成的加工誤差問(wèn)題，本文研究了精密對(duì)刀裝置的設(shè)計(jì)方案，討論了該裝置關(guān)鍵零件的加工過(guò)程要點(diǎn)，并對(duì)應(yīng)力進(jìn)行了分析。該裝置的設(shè)計(jì)與制造，是一種四刀位數(shù)控車床的精確對(duì)刀裝置，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床刀具的精確對(duì)刀，具有以下創(chuàng)新和研究意義：
（1）使用該裝置，無(wú)需任何墊片就可達(dá)到刀尖高度和數(shù)控車床主軸軸線，從而提高了數(shù)控車床工具的安裝速度和精度；
（2）使用該裝置調(diào)整刀具，可以節(jié)省數(shù)控車床的閑置時(shí)間，提高加工效率；
（3）由于刀具磨損，傳統(tǒng)的四位置刀架對(duì)刀具的精度影響很大。該裝置可實(shí)現(xiàn)精確的工具對(duì)準(zhǔn)，而不受工具規(guī)格，型號(hào)，厚度和工具磨損程度的影響；
（4）設(shè)計(jì)的精密對(duì)刀裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于組裝，對(duì)刀操作方便，避免了因拆卸而造成的工具損壞，足夠的剛性，穩(wěn)定性好，保證了零件的加工精度。
（5）每個(gè)精密對(duì)刀裝置僅安裝一個(gè)CNC車刀，可根據(jù)加工需要為該裝置安裝不同的車刀，適應(yīng)性強(qiáng)，在加工時(shí)不改變?cè)蠧NC車床的結(jié)構(gòu)工具已安裝；
（6）在精密小零件的車削過(guò)程中，裝置的對(duì)刀可以提高零件的加工精度。
——海納川機(jī)電
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