淺析一種車床刀塔快速換刀的裝置及方法

徐進 陳翔

摘 要：本文主要通過分析車床加工現狀及現有結構，介紹一種臥式車床刀塔快速換刀系統的裝置及方法，解決機床操作者在活塞桿外形及內孔加工時，頻繁拆裝刀具及對刀，費時費力，痛苦作業，達到低投入、高效果、降低痛苦作業、操作簡便和保證良好的產品質量的目的。

關鍵詞：機械加工;車床刀塔快速換刀;刀柄設計

活塞桿是大功率低速船用柴油機上一個重要的運動部件，其與活塞、十字頭銷、連桿、曲軸等部件組成運動機構，將氣體爆燃產生的力傳給曲軸，再通過變速機構帶動船舶運行。在柴油機的工作過程中，活塞桿受到燃氣高溫、高壓和腐蝕作用，它承受的熱負荷和機械負荷非常高，工作環境比較惡劣，其加工質量將直接影響柴油機的性能。

所以活塞桿的加工質量非常重要，在加工過程中應盡可能采取有效措施進行控制，來保證其質量。

一、現狀描述

1.活塞桿車床加工現狀

活塞桿在半自動普通車床加工外形時，由于其外形結構比較復雜，加工方式需要不停地進行轉換，換刀對刀特別的頻繁，下面通過活塞桿車床機械加工工藝來說明加工現狀，以S90MEC機型為例：

活塞桿車床加工主要工序如下：

工序2：

（1）上車床，夾扁端頂圓端φ145孔。按要求加工各檔尺寸。

（2）夾扁端，近圓端桿身處托中心架，加工平面和深孔鉆導向孔φ150+0.05 0×150。

工序5：

（1）上車床，夾圓端外圓，近扁端桿身處搭中心架，加工φ579×177外圓，φ70孔口倒角3×30°。

工序7：

（1）上車床，夾扁端頂圓端，桿身兩端各加工一節牌樓檔φ350.8×100，其余各檔加工到圖紙尺寸。

（2）夾圓端，近扁端桿身處搭中心架，加工端面保證4230±0.2mm尺寸，加工φ575±0.1外圓，粗鏜扁端中孔φ86+0.2 +0.1、φ110+0.2 +0.1為φ84±0.1mm和φ108±0.1mm，反鏜R30，精鏜中孔φ86+0.2 +0.1、φ110+0.2 +0.1。

（3）夾扁端外圓，近圓端的桿身處托中心架，校圓桿身外圓，跳動 ≤0.02 mm，車圓端中孔 Φ150+0.4 +0.2mm ×40，并車孔口倒角5.5×30°。

通過以上工藝，我們可以看出：機床操作者在一根活塞桿外形及內孔加工時，需要多次更換刀具，根據理論基礎數據及現場跟蹤，發現整個車床工序需更換17把車刀，按12S90MEC計算，一套活塞桿13根，共需要更換221次刀。如此頻繁的手動換刀，很容易發生錯誤，產生質量問題。

2.原車床刀塔系統介紹

原刀塔的結構示意圖、和車床刀塔裝刀示意圖見圖一，該刀塔安裝車刀無定位功能，每次換刀需要目測調整刀尖的中心高度，刀具伸出刀塔的距離及角度不能固定，換刀后需要手動試切測量，輸入新刀沿等數據，花費大量時間，反復手動干預操作，很容易發生錯誤。如試切后退刀時退錯引起梗刀，測量時看錯數值引起加工尺寸不對，反復輸入刀沿時輸入錯誤引起過切等問題，現場因手工干預已經發生多次質量及安全事故。

二、車床刀塔快速換刀系統的裝置設計

根據活塞桿的車床加工現狀，我們為了避免不必要的人力輔助工作，特意設計制作了一種車床刀塔快速換刀系統的裝置，并且制定了使用方法。該車床快速換刀系統裝置結構示意圖見圖二：

圖中：1—快速換刀系統本體，2—內冷管道，3—內冷管道接口，4—快換車刀鎖緊裝置，5—快速換刀系統精確定位塊，6—快速換刀系統快換車刀安裝口。

在活塞桿外形加工及內孔加工時，將該快速換刀系統的裝置裝上，以此來減少操作者的輔助拆換刀工作，達到全自動化的效果。將該車削活塞桿快速換刀系統的裝置，安裝在車床自身刀塔上，通過更換不同快換刀頭，達到不同刀位的充分利用效果。本快速換刀系統的裝置，具有操作簡便、結構簡單、成本低廉、可重復使用的優點，取得了提高增強普通機床自動化、減少人力勞動的有益效果，能夠用于大型柴油機活塞桿的外形及內孔等加工，也適用于其他各類零件的車削加工。該快速換刀系統的裝置可以與多種不同結構形式的快換車刀刀頭相連接，應用比較廣泛。

同時，快換刀具的車刀刀柄采用HSK刀柄，見圖六，這種結構是由德國阿亨大學機床研究室（WZL）專為高速機床主軸開發的一種刀軸聯結結構，已被DIN標準化。錐柄部分采用薄壁結構，錐度配合的過盈量較小，對刀柄和主軸端部關鍵尺寸的公差帶特別嚴格。同一個刀頭反復拆裝，刀沿及刀片中心高基本不變，這樣就可以提前把需要的刀具的刀沿及象限號，按不同的刀號提前輸入機床，使用時只需要從機床里調用所需刀號就能直接加工，不需要再去試切、測量及輸入等操作，大幅度提高了加工效率及質量，另一方面現場實際操作也比較簡單方便，有效地降低了勞動強度，在保證操作者人身健康的同時有效避免了很多質量問題的產生。

三、刀塔快速換刀系統在實際加工中的應用

下面結合刀塔快速換刀系統的實際使用情況來說明該系統在加工中的應用，在活塞桿外形及內孔加工前，將車床加工活塞桿的快速換刀系統本體安裝與機床刀塔上，用刀塔安裝螺絲將快換車刀刀頭固定于刀塔本體上，將快換車刀刀頭用安裝螺絲快固定于速換刀系統上，安裝固定于內冷管道與內冷管道接口上，通過快換車刀刀頭更換，可精確定位快換車刀刀頭在快速換刀系統本體到需要位置，內冷管道可以直接把冷卻液沖到刀尖，從而達到快速換刀加工作業的效果。

四、結論

本文介紹的此種車床刀塔快速換刀系統的裝置及方法，解決了機床操作者在活塞桿外形及內孔加工時，頻繁拆裝刀具及對刀，費時費力，痛苦作業等問題，達到低投入、高效率、降低痛苦作業、操作簡便和保證良好的產品質量的目的。通用性比較強，主要用于大型柴油機的活塞桿車床工位的加工，同時也可以通過適當修改設計結構將該種裝置推廣應用到更多的零件加工中去。

參考文獻

[1] 陳宏均，實用機械加工工藝手冊，北京機械工業出版社，2005