一种小型数控车床排刀结构的设计

陈丽文 刘大敏 曹振波

(沈阳机床集团股份有限公司沈一车床厂技术部，辽宁 沈阳110142)

1 数控车床排刀的使用现状

对于绝大多数数控车床，车床刀具系统的配置为回转刀塔或者排刀结构，对于车削中心还会增加刀库。回转刀塔和刀库以其占用行程小、安装刀具数量多、更加便于安装自动生产装置而得到广泛应用。但是，刀塔和刀库结构复杂，与排刀结构相比不易装配且保养维修繁琐，价格也相对较高。因此，在许多数控车床生产企业，排刀结构均为标准配置或者可选配置。而且，排刀结构配置已经广泛应用于机床再制造及机床生产领域［1］。目前，国内外车床数控系统几乎全部支持车床配置排刀结构。

2 排刀刀架结构在数控车床上的应用

车床排刀结构就是指按一定规则有序排列的一组刀夹，根据工件的实际切削情况，按顺序用螺栓将刀夹固定在滑板上。刀具安装在车削刀夹的槽或孔内，刀具的运动与床鞍、滑板一起通过纵、横向进给运动的指令来实现。排刀车床用于加工各种轴类、盘类零件，可以车削螺纹、圆弧、圆锥及回转体的内外曲面。作为通用型机床，特别适合汽车、摩托车、电子、航天、军工等行业，对旋转体类零件进行高效、大批量、高精度的加工。车床排刀结构图见如图1。

3 排刀结构的设计

3.1 排刀刀夹的材质

排刀车削刀夹承受多方向的变化载荷，其刚性及精度要求较高，还需要足够的韧性。因此，实际生产中一般使用45 钢调质后作为排刀刀夹材质，硬度为220～250 HBW。

3.2 排刀刀夹的设计

车床排刀的主要构成就是排刀刀夹，根据实际需要设计双排外圆刀夹、单排外圆刀夹、镗刀夹和切断刀夹等。

如图2 所示，排刀刀夹分为刀夹和刀夹调整垫两层，刀夹下方与滑板槽有定位键，槽内的锁紧螺母与刀夹之间通过螺钉联接，螺钉拧紧后刀夹和刀夹调整垫被锁紧在滑板上。排刀刀夹上的车削刀具是靠螺钉联接在刀夹上，即可进行工件的切削工作。

3.3 排刀车削刀夹的精度设计

排刀车削刀夹是数控排刀车床的重要组成部分，它的制造和装配精度在一定程度上决定了机床的加工精度。如图3 所示，为了满足排刀刀夹的精度设计要求，刀夹底面(即与刀夹调整垫接触的面)作为基准面，基准面磨削以保证平面度及表面粗糙度，而且调整刀夹时不再进行配磨。刀具定位面与刀夹底面的跳动度在0.01 mm 以下、键槽两侧对刀夹底面的跳动度也在0.01 mm 以下。根据零件精度要求，刀夹安装后，刀具与主轴中心的高度差在0.02 mm 以内。为了保证该精度要求，刀夹下方的刀夹调整垫需要留有一定的调整量，装配过程中通过配磨调整保证刀具与主轴中心的高度差。

4 车床排刀布置图

车床排刀布置图是根据被加工工件尺寸、形状位置公差、表面粗糙度等技术要求，进行合理的排刀布置，完成被加工工件的加工。为此车床排刀布置图应从以下两方面控制(如图4 所示):

(1)被加工工件要求刀具在X 轴行程范围内布置，刀具方向尽可能使用横向安装的刀具，即刀杆方向平行于Z 轴，刀尖处于“面对面”情况时，相邻2 把刀的刀尖间隔为工件在X 方向所占据的空间再加上退刀距离;刀杆方向垂直于Z 轴刀具可以布置在最前或最后。

(2)被加工工件要求刀具在Z 轴行程范围内布置，车床加工时为了增强工件刚性，一般总是使工件伸出仅可能地短，切削部位尽可能接近卡盘，保证Z 轴方向刀具不与卡盘相碰，当需要几把刀工作时，其余各刀与“最接近卡盘的刀”之间在Z 方向的距离只能小于(或等于)图纸上的相应部位的轴向尺寸。

5 结语

本文论述的数控排刀式车床，已在“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“千台国产数控车床可靠性提升工程”得以验证，并统一建立了可靠性保障体系，以“产、学、用”密切结合为基础开展数控车床全生命周期的可靠性实用技术研究。将可靠性技术成果在本文论述的排刀式数控车床上进行应用，实际使用中MTBF 达到900 h，关键零件精度的Cpk 值稳定在1.33 以上，整机产品出厂检验精度的Cpk 值达到1.33，达到本文论述的数控排刀式车床的设计指标，且市场占有率达到了20%。

［1］庾勇坚.经济型数控车床上加装排刀例析［J］. 科技与信息，2007(8):78 -79.

［2］王先 .机械加工工艺手册［M］.北京:机械工业出版社，2011.

［3］现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册［M］.北京:机械工业出版社，2006.