數控立車新型懸掛刀庫的精度與控制

楊春波 劉銀峰 韓建忠

(齊重數控股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾161005)

數控立車新型懸掛式刀庫因具有結構簡單、制造成本低、性能可靠、維護方便等優點，目前在國內外機床領域已逐漸得到規?；瘧?，其應用的核心驅動機構為雙導程圓柱凸輪分度機構(如圖1所示)。筆者公司制造的SVT125～160數控高速系列立車以及DVT250系列數控雙柱立車，與其配套的懸掛式8工位及12工位刀庫的核心驅動機構便采用了“雙導程圓柱凸輪分度機構”。此類型刀庫與其他類型刀庫相比雖然具有諸多優點，但是其關鍵零部件的加工精度要求比較高，一般加工設備很難保證。現以用于DVT250系列數控雙柱立車的懸掛式12工位刀庫(如圖2所示)為例介紹此類型機構刀庫的制造精度與控制方法。

1 使用要求及誤差分析

此刀庫為12工位旋轉刀庫，刀盤圓周上均勻分布12個刀夾，每個刀夾用刀盤工位缺口兩側的刀夾定位

軸進行定位，因此刀盤工位缺口兩側的刀夾定位軸的綜合位置精度是此類型刀庫的轉位精度的直接體現，并且此精度是刀庫所有零件組裝后的最終合成精度，并非某個零件單獨所能達到的。此精度的高低體現了刀庫的綜合質量，控制難度很大。此12工位旋轉刀庫有3種比較關鍵的零件:雙導程圓柱凸輪、分度盤以及放置并實現刀夾定位的刀庫盤。

12工位旋轉刀庫要點分析:

(1)雙導程圓柱凸輪的加工質量對刀庫的分度轉位是否平穩、使用壽命以及刀盤定位時重復定位精度高低都有直接影響，為此凸輪在加工、制造過程中采用了特殊材質及相應的熱處理工藝。

(2)分度盤在圓周方向分布的軸承安裝孔(24-φ10 mm)角度誤差及中心距誤差是分度盤的最關鍵加工精度，此精度的高低對刀夾定位軸最終的綜合位置精度有直接影響，同時還影響著凸輪與分度盤上的軸承嚙合過程是否順暢。

(3)刀盤每個工位缺口兩側的刀夾定位軸安裝孔(2-φ6 mm)相對于刀盤中心的角度誤差;是刀庫盤的關鍵加工精度之一，此精度直接影響刀庫盤上刀夾定位軸最終的綜合位置精度。

(4)刀盤上12處刀夾工位缺口(12-139 mm均布)相對于刀盤中心的角度誤差;由于結構限制，刀夾定位軸φ6 mm安裝孔與工位缺口邊緣距離只有2.5 mm，而刀夾側面與工位缺口邊緣(即刀夾托板邊緣)距離也只有1.5 mm，如果加工刀盤上12處刀夾工位缺口過程中，其相對于刀盤中心的角度誤差超過允許范圍，則常會出現加工刀夾定位軸φ6 mm安裝孔時出現豁孔現象以及刀庫在換刀過程中刀夾無法落入工位缺口，導致與刀盤發生碰撞現象，一旦出現上述問題則出現廢品率的可能性便會加大，很難補救。

加工圖紙誤差劃分:根據刀夾定位軸與刀夾定位孔的配合關系，分度盤及刀庫盤在刀夾定位軸(直徑約950 mm處)位置上，各自的實際位置誤差應在0.1 mm以內，才能保證刀庫轉位分度后順利抓刀和落刀。根據三角函數及比例計算，若使分度盤及刀庫盤在定位銷釘位置各自的位置誤差應在0.1mm以內，則其角度誤差應至少在±20″以內。

2 刀庫的精度控制具體實施措施

(1)滾子(軸承)安裝孔注膠

如圖3所示，將定心胎具1裝入分度盤2，二者配合性質為過渡配合，實現中心準確定位，將全部滾子(軸承)3逐一裝入分度盤(滾子安裝孔φ14 mm)，之后將全部等分量塊4塞入相臨滾子(軸承)3的空位處，再用彈性橡皮條套在各滾子軸承外側進行箍緊，使滾子(軸承)貼緊定心胎具1的外圓面，然后在分度盤側面上每個滾子(軸承)注膠螺紋孔處將定位劑注入，接著將頂絲慢慢擰入待滾子(軸承)與分度盤結合面處定位劑略有溢出時為止，最后將分度盤放置18 h使定位劑凝固，之后將輔助工具拆除。此工藝方法的創新，使雙導程圓柱凸輪機構的分度盤制造精度有了飛躍性的提高，角度誤差由加工手段狀態的最好水平±45″提高到創新改進后的±10″以內。

(2)刀夾托板的安裝及刀夾定位軸安裝孔的加工

如圖4所示，在此次工藝創新研究過程中，為了配合新工藝方法的實施，對刀庫原有結構做了局部設計創新性改進:在刀盤刀夾定位軸處增加了刀夾托板2結構，此刀夾托板通過螺釘及定位銷釘把合固定在刀盤工位缺口的兩側(左、右各1個)，刀夾定位軸固定在刀夾托板上，實現刀夾在刀盤上的定位，同時起到支撐刀夾的重量、防止刀盤的磨損進而提高刀盤的使用壽命，另外，為了保證刀庫整體外觀將托板2進行發藍處理，最終安裝時相對刀盤工位缺口懸出5 mm。此結構的增加使刀夾與工位缺口(刀夾托板的邊緣)的間隙在全部工位上均勻一致、均為1.5 mm，從而解決了由于刀盤工位缺口加工角度誤差過大導致刀夾在下落時與刀盤缺口邊緣發生碰撞的現象。并且刀夾托板具有可更換性，裝配調整也較為方便，可靠性高。

將刀庫全部零部件按圖紙加工(刀盤上刀夾定位軸安裝孔暫不加工);最后含電氣部分一同進行裝配。首先將凸輪與滾子(軸承)脫離嚙合(凸輪支架把合螺釘暫不加工)，將刀夾定位軸安裝孔組合定位工裝1按要求裝入并對準起始工位，將托板2按要求對準位置(托板邊緣與工裝側面用塞尺保證1.5 mm)之后配作出其把合到刀盤3上的螺孔，并打上定位銷釘，在工裝上左右鉆頭導向套處用鉆削工具將刀夾托板2鉆通，此孔即為刀夾定位軸安裝孔(φ6 mm)。加工刀夾定位軸安裝孔也可以采用另外一種方法:先將每個刀夾托板的刀夾定位軸安裝孔(φ6 mm)隨把合固定用的螺釘通孔及銷釘孔一同加工出來，但前提是必須保證每個刀夾托板上的φ6 mm安裝孔邊緣距托板邊緣尺寸均為2.5 mm，并且要控制尺寸公差±0.05 mm。在安裝刀夾托板時:將定位工裝1上的左右φ6 mm的刀夾定位軸安裝孔分別與刀夾托板上的φ6 mm的定位孔保證同軸(用直徑為6 mm的光軸)，同時使刀夾托板的邊緣與工裝1側面平行，然后將刀夾托板2與刀盤把合、打定位銷釘。這樣將初始工位上刀夾定位軸安裝孔加工完成以及刀夾托板安裝好后，電氣控制驅動刀盤3旋轉至下一個工位用同樣方法進行操作;以此類推直至加工完全部刀夾定位軸安裝孔及刀夾托板的安裝。

3 結語

本工藝創新公開了數控新型懸掛刀庫關鍵部件、關鍵位置的精度控制方法，并且對刀庫結構進行了局部創新性設計改進。(1)“分度盤滾子(軸承)安裝孔注膠技術”解決了分度盤2上均布的滾子(軸承)安裝孔加工位置精度難以保證的難題。(2)刀庫盤每個工位上的刀夾定位軸安裝孔用“工裝定位技術”進行加工;解決了刀盤上每個工位刀夾定位軸在刀盤轉位后、綜合累積位置誤差超差影響機床抓刀、落刀的難題;(3)在刀夾定位軸處增加刀夾托板的創新設計，解決了刀盤上所有工位缺口在圓周方向上加工角度誤差難以保證的難題。

通常，上述新型懸掛刀庫關鍵部件、關鍵位置的精度控制都是靠高精密的加工設備來保證的;制造成本較高，如果設備精度不足則會出現較高的廢品率;并且制造出來的刀庫性能不穩定，嚴重影響產品的品質。因此制造此類型刀庫的技術門檻是比較高的，而本工藝措施的3項創新工藝及技術大大的降低了加工、制造難度，其獲得的各項制造精度是通常機械加工方法難以比擬的，不但降低了成品的制造風險，還大幅度提高了產品的使用壽命，為公司降低了大量制造及維護成本，同時也提高了企業的核心競爭力。本內容已經申報了發明專利，申請號為201310469381.3。

［1］《機床設計手冊》編寫組.機構設計手冊(3)［M］.北京:機械工業出版社，1986:669-673.

［2］陳心昭.現代實用機床設計手冊［M］.北京:機械工業出版社，2006:1884-1911.

［3］鄧文英.金屬工藝學［M］.北京:高等教育出版社，2001:10-32.

［4］孫桓.機械原理［M］.6版.北京:高等教育出版社，2000:248-282.