淺析一種車床刀塔快速換刀的裝置及方法獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

摘要：本文主要通過分析車床加工現(xiàn)狀及現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，介紹一種臥式車床刀塔快速換刀系統(tǒng)的裝置及方法，解決機(jī)床操作者在活塞桿外形及內(nèi)孔加工時(shí)，頻繁拆裝刀具及對(duì)刀，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，痛苦作業(yè)，達(dá)到低投入、高效果、降低痛苦作業(yè)、操作簡(jiǎn)便和保證良好的產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;車床刀塔快速換刀;刀柄設(shè)計(jì)

活塞桿是大功率低速船用柴油機(jī)上一個(gè)重要的運(yùn)動(dòng)部件，其與活塞、十字頭銷、連桿、曲軸等部件組成運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將氣體爆燃產(chǎn)生的力傳給曲軸，再通過變速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)船舶運(yùn)行。在柴油機(jī)的工作過程中，活塞桿受到燃?xì)飧邷?、高壓和腐蝕作用，它承受的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷非常高，工作環(huán)境比較惡劣，其加工質(zhì)量將直接影響柴油機(jī)的性能。

所以活塞桿的加工質(zhì)量非常重要，在加工過程中應(yīng)盡可能采取有效措施進(jìn)行控制，來保證其質(zhì)量。

一、現(xiàn)狀描述

1.活塞桿車床加工現(xiàn)狀

活塞桿在半自動(dòng)普通車床加工外形時(shí)，由于其外形結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工方式需要不停地進(jìn)行轉(zhuǎn)換，換刀對(duì)刀特別的頻繁，下面通過活塞桿車床機(jī)械加工工藝來說明加工現(xiàn)狀，以S90MEC機(jī)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(dǎo)向孔φ150+0.050×150。

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(jié)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(dòng)≤0.02mm，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(jī)床操作者在一根活塞桿外形及內(nèi)孔加工時(shí)，需要多次更換刀具，根據(jù)理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，發(fā)現(xiàn)整個(gè)車床工序需更換17把車刀，按12S90MEC計(jì)算，一套活塞桿13根，共需要更換221次刀。如此頻繁的手動(dòng)換刀，很容易發(fā)生錯(cuò)誤，產(chǎn)生質(zhì)量問題。

2.原車床刀塔系統(tǒng)介紹

原刀塔的結(jié)構(gòu)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(cè)調(diào)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(dòng)試切測(cè)量，輸入新刀沿等數(shù)據(jù)，花費(fèi)大量時(shí)間，反復(fù)手動(dòng)干預(yù)操作，很容易發(fā)生錯(cuò)誤。如試切后退刀時(shí)退錯(cuò)引起梗刀，測(cè)量時(shí)看錯(cuò)數(shù)值引起加工尺寸不對(duì)，反復(fù)輸入刀沿時(shí)輸入錯(cuò)誤引起過切等問題，現(xiàn)場(chǎng)因手工干預(yù)已經(jīng)發(fā)生多次質(zhì)量及安全事故。

二、車床刀塔快速換刀系統(tǒng)的裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)活塞桿的車床加工現(xiàn)狀，我們?yōu)榱吮苊獠槐匾娜肆o助工作，特意設(shè)計(jì)制作了一種車床刀塔快速換刀系統(tǒng)的裝置，并且制定了使用方法。該車床快速換刀系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖見圖二：

圖中：1—快速換刀系統(tǒng)本體，2—內(nèi)冷管道，3—內(nèi)冷管道接口，4—快換車刀鎖緊裝置，5—快速換刀系統(tǒng)精確定位塊，6—快速換刀系統(tǒng)快換車刀安裝口。

在活塞桿外形加工及內(nèi)孔加工時(shí)，將該快速換刀系統(tǒng)的裝置裝上，以此來減少操作者的輔助拆換刀工作，達(dá)到全自動(dòng)化的效果。將該車削活塞桿快速換刀系統(tǒng)的裝置，安裝在車床自身刀塔上，通過更換不同快換刀頭，達(dá)到不同刀位的充分利用效果。本快速換刀系統(tǒng)的裝置，具有操作簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，取得了提高增強(qiáng)普通機(jī)床自動(dòng)化、減少人力勞動(dòng)的有益效果，能夠用于大型柴油機(jī)活塞桿的外形及內(nèi)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(tǒng)的裝置可以與多種不同結(jié)構(gòu)形式的快換車刀刀頭相連接，應(yīng)用比較廣泛。

同時(shí)，快換刀具的車刀刀柄采用HSK刀柄，見圖六，這種結(jié)構(gòu)是由德國阿亨大學(xué)機(jī)床研究室（WZL）專為高速機(jī)床主軸開發(fā)的一種刀軸聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，已被DIN標(biāo)準(zhǔn)化。錐柄部分采用薄壁結(jié)構(gòu)，錐度配合的過盈量較小，對(duì)刀柄和主軸端部關(guān)鍵尺寸的公差帶特別嚴(yán)格。同一個(gè)刀頭反復(fù)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(hào)，按不同的刀號(hào)提前輸入機(jī)床，使用時(shí)只需要從機(jī)床里調(diào)用所需刀號(hào)就能直接加工，不需要再去試切、測(cè)量及輸入等操作，大幅度提高了加工效率及質(zhì)量，另一方面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作也比較簡(jiǎn)單方便，有效地降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，在保證操作者人身健康的同時(shí)有效避免了很多質(zhì)量問題的產(chǎn)生。

三、刀塔快速換刀系統(tǒng)在實(shí)際加工中的應(yīng)用

下面結(jié)合刀塔快速換刀系統(tǒng)的實(shí)際使用情況來說明該系統(tǒng)在加工中的應(yīng)用，在活塞桿外形及內(nèi)孔加工前，將車床加工活塞桿的快速換刀系統(tǒng)本體安裝與機(jī)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(tǒng)上，安裝固定于內(nèi)冷管道與內(nèi)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(tǒng)本體到需要位置，內(nèi)冷管道可以直接把冷卻液沖到刀尖，從而達(dá)到快速換刀加工作業(yè)的效果。

四、結(jié)論

本文介紹的此種車床刀塔快速換刀系統(tǒng)的裝置及方法，解決了機(jī)床操作者在活塞桿外形及內(nèi)孔加工時(shí)，頻繁拆裝刀具及對(duì)刀，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，痛苦作業(yè)等問題，達(dá)到低投入、高效率、降低痛苦作業(yè)、操作簡(jiǎn)便和保