一種小型數控車床排刀結構的設計

陳麗文 劉大敏 曹振波

(沈陽機床集團股份有限公司沈一車床廠技術部，遼寧 沈陽110142)

1 數控車床排刀的使用現狀

對于絕大多數數控車床，車床刀具系統的配置為回轉刀塔或者排刀結構，對于車削中心還會增加刀庫?；剞D刀塔和刀庫以其占用行程小、安裝刀具數量多、更加便于安裝自動生產裝置而得到廣泛應用。但是，刀塔和刀庫結構復雜，與排刀結構相比不易裝配且保養維修繁瑣，價格也相對較高。因此，在許多數控車床生產企業，排刀結構均為標準配置或者可選配置。而且，排刀結構配置已經廣泛應用于機床再制造及機床生產領域［1］。目前，國內外車床數控系統幾乎全部支持車床配置排刀結構。

2 排刀刀架結構在數控車床上的應用

車床排刀結構就是指按一定規則有序排列的一組刀夾，根據工件的實際切削情況，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，刀具的運動與床鞍、滑板一起通過縱、橫向進給運動的指令來實現。排刀車床用于加工各種軸類、盤類零件，可以車削螺紋、圓弧、圓錐及回轉體的內外曲面。作為通用型機床，特別適合汽車、摩托車、電子、航天、軍工等行業，對旋轉體類零件進行高效、大批量、高精度的加工。車床排刀結構圖見如圖1。

3 排刀結構的設計

3.1 排刀刀夾的材質

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，實際生產中一般使用45 鋼調質后作為排刀刀夾材質，硬度為220～250 HBW。

3.2 排刀刀夾的設計

車床排刀的主要構成就是排刀刀夾，根據實際需要設計雙排外圓刀夾、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整墊兩層，刀夾下方與滑板槽有定位鍵，槽內的鎖緊螺母與刀夾之間通過螺釘聯接，螺釘擰緊后刀夾和刀夾調整墊被鎖緊在滑板上。排刀刀夾上的車削刀具是靠螺釘聯接在刀夾上，即可進行工件的切削工作。

3.3 排刀車削刀夾的精度設計

排刀車削刀夾是數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床的加工精度。如圖3 所示，為了滿足排刀刀夾的精度設計要求，刀夾底面(即與刀夾調整墊接觸的面)作為基準面，基準面磨削以保證平面度及表面粗糙度，而且調整刀夾時不再進行配磨。刀具定位面與刀夾底面的跳動度在0.01 mm 以下、鍵槽兩側對刀夾底面的跳動度也在0.01 mm 以下。根據零件精度要求，刀夾安裝后，刀具與主軸中心的高度差在0.02 mm 以內。為了保證該精度要求，刀夾下方的刀夾調整墊需要留有一定的調整量，裝配過程中通過配磨調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被加工工件尺寸、形狀位置公差、表面粗糙度等技術要求，進行合理的排刀布置，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“面對面”情況時，相鄰2 把刀的刀尖間隔為工件在X 方向所占據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 軸行程范圍內布置，車床加工時為了增強工件剛性，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，當需要幾把刀工作時，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)圖紙上的相應部位的軸向尺寸。

5 結語

本文論述的數控排刀式車床，已在“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項“千臺國產數控車床可靠性提升工程”得以驗證，并統一建立了可靠性保障體系，以“產、學、用”密切結合為基礎開展數控車床全生命周期的可靠性實用技術研究。將可靠性技術成果在本文論述的排刀式數控車床上進行應用，實際使用中MTBF 達到900 h，關鍵零件精度的Cpk 值穩定在1.33 以上，整機產品出廠檢驗精度的Cpk 值達到1.33，達到本文論述的數控排刀式車床的設計指標，且市場占有率達到了20%。

［1］庾勇堅.經濟型數控車床上加裝排刀例析［J］. 科技與信息，2007(8):78 -79.

［2］王先 .機械加工工藝手冊［M］.北京:機械工業出版社，2011.

［3］現代實用機床設計手冊編委會.現代實用機床設計手冊［M］.北京:機械工業出版社，2006.