數控車床刀具系統研究與設計

李進東，邱永成，陳鵬，吳國明

（四川職業技術學院機械工程系，四川 遂寧 629000）

數控車床刀具系統研究與設計

李進東，邱永成，陳鵬，吳國明

（四川職業技術學院機械工程系，四川 遂寧 629000）

通過對數控車床刀具系統研究與試驗，設計出數控車床定位式刀桿刀具系統，基本實現了數控車床加工中的自動對刀．提高了加工效率，穩定了加工精度，為全面實現加工過程的自動化奠定了基礎．

數控車床；定位式刀桿；研究與設計；經濟與高效

隨著科學技術的發展，國民經濟的不斷提高，則就應不斷提高其生產制造水平．在生產制造業中，機械制造業占非常重要的基礎地位及相當大的比例，而機械制造業中車削加工占有60℅～70℅左右．因此在機械車削加工中，如何提高生產及經濟效率，保證質量，降低生產成本，顯得意義非常重要．

目前，根據國內外最新研究情況表明，數控車床刀具系統還停留在初期研究及使用階段，沒有統一的規范標準，產品雜亂，型號各異，對數控車床機械加工非常不利，致使生產及經濟效率低，自動化程度低，生產成本高．因此我們通過分析研究與設計，能夠有效的整合數控車床制造與生產加工資源，規范數控車床刀具系統的統一制造標準，從而提高數控車床機械加工的生產及經濟效率，保證質量，降低勞動強度與生產成本．

1 研究與設計

根據國內外普通數控車床的運用情況，在機械數控車削加工中，主要使用了普通數控車床．在進行數控車削零件加工時，工人隨機將所需要的數控車刀安裝在數控車床電動回轉刀架上，安裝的刀具相對被加工零件沒有確定的加工坐標位置．在零件加工開始之前時，必須進行所需刀具（注：該加工零件所需的每一把刀具）對刀處理，確定每把車刀在加工坐標系的坐標位置．因此，效率低，精度差，質量不穩定．所以，我們通過分析研究，在各種型號普通數控車床中，如果普通數控車床對被加工零件進行加工時，將被加工零件所需要的刀具完全定位在數控車床的回轉刀架上，這樣以來，數控車床在加工開始之前，只需要對所需加工零件中的其中一把車刀進行對刀處理，確定其在加工坐標系的坐標位置，其余車刀不需要進行每把一一對刀，就能確定每把加工車刀在加工坐標系的的坐標位置．基于此原理，設計出了數控車床定位式刀桿可轉位車刀刀具．如圖1所示．

圖1 刀桿定位式可轉位車刀設計示意圖

2 試驗與數據

2.1 數控車床定位式刀桿可轉位車刀換刀精度試驗與數據

根據普通數控車床在機械加工中的所占比例使用情況，選擇廣泛使用的數控車床（CK6125型；CK6132型；CK6140型；CK6150型）電動回轉刀架，隨機安裝的定位式刀桿可轉位車刀（其中：Kr＝75°外圓車刀；Kr＝93°外圓車刀；Kr＝60°外螺紋車刀；b＝3mm外圓切槽車刀）．并對回轉換刀進行精度試驗與數據測量．試驗方法：⑴選擇不同型號數控車床．⑵隨機選擇定位式刀桿可轉位車刀（注：刀桿尺寸系列與數控機床型號對應）．⑶定位夾緊安裝在電動回轉刀架上．⑷手動或自動回轉刀位．⑸測量每次安裝回轉定位精度．⑹重復測量十次．如圖2所示．根據實際測量的結果：其平均誤差：△X＝0.0002mm～0.0005mm；△Z＝0.0003mm～0.0005mm；△α＝△β＋刀桿定位式可轉位車刀重復定位旋轉角度精度≈△β．

圖2 定位式刀桿可轉位車刀換刀精度試驗測量示意圖

2.2 數控車床定位式刀桿可轉位車刀加工精度試驗與數據

在廣泛使用的普通型號的數控車床（CK6125型；CK6132型；CK6140型；CK6150型）上，用定位式刀桿可轉位車刀（注：根據試驗零件與數控車床型號，選擇與之對應的定位式刀桿可轉位車刀．），對如圖3所示零件進行切削加工實驗．

圖3 實驗零件圖

試驗方法：⑴將所需定位式刀桿可轉位車刀按要求安裝在電動回轉刀架上．⑵選擇其中一把定位式刀桿可轉位車刀進行對刀，確定坐標位置，其余定位式刀桿可轉位車刀坐標位置就完全確定，不需再一一對刀確定坐標位置．⑶在每臺型號的數控車床上，每一件零件，實驗一次；再次重復上述操作⑴、⑵步驟；對每實驗件零件在每臺型號的數控車床上實驗三次．⑷測量每次實驗零件的尺寸精度等級、形狀精度等級、位置精度等級；并計算出平均精度等級．⑸按原普通車刀在每臺型號的數控車床上進行相同的實驗．⑹統計每一個尺寸精度等級、形狀精度等級、位置精度等級；并計算出平均精度等級．⑺測量每次采用刀桿定位式可轉位車刀進行對刀與普通車刀進行對刀的輔助時間．

3 分析與結論

3.1 試驗數據分析

⑴定位式刀桿可轉位車刀在數控車床旋轉刀架上換刀重復定位分析，其精度穩定在：△X＝0.0002mm～0.0005mm；△Z＝0.0003mm～0.0005mm；△α＝△β＋定位式刀桿可轉位車刀重復定位轉角精度≈△β（注：△β回轉精度標準）．證明研究設計的系列定位式刀桿可轉位車刀在刀架旋轉定位精度上沒有影響，完全達到數控車床精度標準．

⑵定位式刀桿可轉位車刀對實驗零件的加工精度分析，其加工尺寸精度穩定：在IT7～IT8級精度之間；其形狀精度能控制在尺寸精度的1/2-1/3間；位置精度穩定在0.01-0.03間．并對普通車刀進行相同的實驗所獲得的精度質量進行比較，其精度略微高出，質量穩定．證明該研究設計的系列定位式刀桿可轉位車刀相對普通車刀加工精度高，完全能夠滿足普通數控車床對一般中等精度零件加工．

⑶通過對定位式刀桿可轉位車刀與普通車刀安裝對刀輔助時間進行比較，定位式刀桿可轉位車刀效率高出幾倍，并且每次安裝刀具數量越多，其效率越高．

3.2 結論

⑴刀具裝夾快捷，提高生產效率．刀具安裝后即實現準確定位，不需在對刀具進行調整，也不需每把對刀操作，自動化程度提高，操作者勞動強度降低，節省了調整時間，大大提高生產率．

⑵保證加工精度，穩定零件質量．刀具安裝基準面上，每次換刀后都能確保刀具位置在坐標系中有一確定的準確位置，因此能保證有較高的加工精度；并且避免了人為因素產生的加工誤差，產品質量穩定．

⑶整合優勢資源，降低生產成本．該研究設計方案的實施，能夠使得普通數控車床生產廠家對可轉位式刀架安裝尺寸標準化；普通數控車床可轉位刀架標準化；定位式刀桿可轉位車刀標準化．

[1]虞俊.數控車床電動刀架的工作原理及故障分析[J].自動化技術與應用,2014,(11).

[2]謝曉紅.數控車床盤式動力刀架位置的找正[J].機械工程師,2015,(03).

[3]孔博,馬善坤,劉濤.車床刀具工裝設計[J].工具技術,2015, (03).

[4]劉源.數控機床精度檢測及對刀裝置[J].機械管理開發,2015,(03).

[5]宋崇杰,韓水華,陳長軍.數控車床刀具裝夾誤差對加工精度的影響分析[J].武測科技,1996,(12).

Researchand Design of Tool Systemfor Economic NCLathe

LIJindong,QIUYongcheng,CHENPeng,WUGuoming
(Sichuan Vocat ional and Technical Col lege,Suining Sichuan 629000)

Based on the research and test of tool system for CNC lathe, the positioning cutter bar tool system of CNC lathe is designed, basically realized the automatic tool setting in CNC machining. The machining efficiency is improved, and the machining precision is stabilized, which lays the foundation for realizing the automation of machining process.

CNC Lathe Tool; Research Design; Automation; Economic High-efficient

TH16

A

1672-2094(2016)06-0132-03

責任編輯：張隆輝

2016-09-14

本文系四川省教育廳《數控車床刀具系統研究與開發》重點項目(項目編號；12CZ0005)。

李進東（1963-），男，四川射洪人，四川職業技術學院副教授，碩士。研究方向：數控技術應用．