数控立车新型悬挂刀库的精度与控制

杨春波 刘银峰 韩建忠

(齐重数控股份有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161005)

数控立车新型悬挂式刀库因具有结构简单、制造成本低、性能可靠、维护方便等优点，目前在国内外机床领域已逐渐得到规模化应用，其应用的核心驱动机构为双导程圆柱凸轮分度机构(如图1所示)。笔者公司制造的SVT125～160数控高速系列立车以及DVT250系列数控双柱立车，与其配套的悬挂式8工位及12工位刀库的核心驱动机构便采用了“双导程圆柱凸轮分度机构”。此类型刀库与其他类型刀库相比虽然具有诸多优点，但是其关键零部件的加工精度要求比较高，一般加工设备很难保证。现以用于DVT250系列数控双柱立车的悬挂式12工位刀库(如图2所示)为例介绍此类型机构刀库的制造精度与控制方法。

1 使用要求及误差分析

此刀库为12工位旋转刀库，刀盘圆周上均匀分布12个刀夹，每个刀夹用刀盘工位缺口两侧的刀夹定位

轴进行定位，因此刀盘工位缺口两侧的刀夹定位轴的综合位置精度是此类型刀库的转位精度的直接体现，并且此精度是刀库所有零件组装后的最终合成精度，并非某个零件单独所能达到的。此精度的高低体现了刀库的综合质量，控制难度很大。此12工位旋转刀库有3种比较关键的零件:双导程圆柱凸轮、分度盘以及放置并实现刀夹定位的刀库盘。

12工位旋转刀库要点分析:

(1)双导程圆柱凸轮的加工质量对刀库的分度转位是否平稳、使用寿命以及刀盘定位时重复定位精度高低都有直接影响，为此凸轮在加工、制造过程中采用了特殊材质及相应的热处理工艺。

(2)分度盘在圆周方向分布的轴承安装孔(24-φ10 mm)角度误差及中心距误差是分度盘的最关键加工精度，此精度的高低对刀夹定位轴最终的综合位置精度有直接影响，同时还影响着凸轮与分度盘上的轴承啮合过程是否顺畅。

(3)刀盘每个工位缺口两侧的刀夹定位轴安装孔(2-φ6 mm)相对于刀盘中心的角度误差;是刀库盘的关键加工精度之一，此精度直接影响刀库盘上刀夹定位轴最终的综合位置精度。

(4)刀盘上12处刀夹工位缺口(12-139 mm均布)相对于刀盘中心的角度误差;由于结构限制，刀夹定位轴φ6 mm安装孔与工位缺口边缘距离只有2.5 mm，而刀夹侧面与工位缺口边缘(即刀夹托板边缘)距离也只有1.5 mm，如果加工刀盘上12处刀夹工位缺口过程中，其相对于刀盘中心的角度误差超过允许范围，则常会出现加工刀夹定位轴φ6 mm安装孔时出现豁孔现象以及刀库在换刀过程中刀夹无法落入工位缺口，导致与刀盘发生碰撞现象，一旦出现上述问题则出现废品率的可能性便会加大，很难补救。

加工图纸误差划分:根据刀夹定位轴与刀夹定位孔的配合关系，分度盘及刀库盘在刀夹定位轴(直径约950 mm处)位置上，各自的实际位置误差应在0.1 mm以内，才能保证刀库转位分度后顺利抓刀和落刀。根据三角函数及比例计算，若使分度盘及刀库盘在定位销钉位置各自的位置误差应在0.1mm以内，则其角度误差应至少在±20″以内。

2 刀库的精度控制具体实施措施

(1)滚子(轴承)安装孔注胶

如图3所示，将定心胎具1装入分度盘2，二者配合性质为过渡配合，实现中心准确定位，将全部滚子(轴承)3逐一装入分度盘(滚子安装孔φ14 mm)，之后将全部等分量块4塞入相临滚子(轴承)3的空位处，再用弹性橡皮条套在各滚子轴承外侧进行箍紧，使滚子(轴承)贴紧定心胎具1的外圆面，然后在分度盘侧面上每个滚子(轴承)注胶螺纹孔处将定位剂注入，接着将顶丝慢慢拧入待滚子(轴承)与分度盘结合面处定位剂略有溢出时为止，最后将分度盘放置18 h使定位剂凝固，之后将辅助工具拆除。此工艺方法的创新，使双导程圆柱凸轮机构的分度盘制造精度有了飞跃性的提高，角度误差由加工手段状态的最好水平±45″提高到创新改进后的±10″以内。

(2)刀夹托板的安装及刀夹定位轴安装孔的加工

如图4所示，在此次工艺创新研究过程中，为了配合新工艺方法的实施，对刀库原有结构做了局部设计创新性改进:在刀盘刀夹定位轴处增加了刀夹托板2结构，此刀夹托板通过螺钉及定位销钉把合固定在刀盘工位缺口的两侧(左、右各1个)，刀夹定位轴固定在刀夹托板上，实现刀夹在刀盘上的定位，同时起到支撑刀夹的重量、防止刀盘的磨损进而提高刀盘的使用寿命，另外，为了保证刀库整体外观将托板2进行发蓝处理，最终安装时相对刀盘工位缺口悬出5 mm。此结构的增加使刀夹与工位缺口(刀夹托板的边缘)的间隙在全部工位上均匀一致、均为1.5 mm，从而解决了由于刀盘工位缺口加工角度误差过大导致刀夹在下落时与刀盘缺口边缘发生碰撞的现象。并且刀夹托板具有可更换性，装配调整也较为方便，可靠性高。

将刀库全部零部件按图纸加工(刀盘上刀夹定位轴安装孔暂不加工);最后含电气部分一同进行装配。首先将凸轮与滚子(轴承)脱离啮合(凸轮支架把合螺钉暂不加工)，将刀夹定位轴安装孔组合定位工装1按要求装入并对准起始工位，将托板2按要求对准位置(托板边缘与工装侧面用塞尺保证1.5 mm)之后配作出其把合到刀盘3上的螺孔，并打上定位销钉，在工装上左右钻头导向套处用钻削工具将刀夹托板2钻通，此孔即为刀夹定位轴安装孔(φ6 mm)。加工刀夹定位轴安装孔也可以采用另外一种方法:先将每个刀夹托板的刀夹定位轴安装孔(φ6 mm)随把合固定用的螺钉通孔及销钉孔一同加工出来，但前提是必须保证每个刀夹托板上的φ6 mm安装孔边缘距托板边缘尺寸均为2.5 mm，并且要控制尺寸公差±0.05 mm。在安装刀夹托板时:将定位工装1上的左右φ6 mm的刀夹定位轴安装孔分别与刀夹托板上的φ6 mm的定位孔保证同轴(用直径为6 mm的光轴)，同时使刀夹托板的边缘与工装1侧面平行，然后将刀夹托板2与刀盘把合、打定位销钉。这样将初始工位上刀夹定位轴安装孔加工完成以及刀夹托板安装好后，电气控制驱动刀盘3旋转至下一个工位用同样方法进行操作;以此类推直至加工完全部刀夹定位轴安装孔及刀夹托板的安装。

3 结语

本工艺创新公开了数控新型悬挂刀库关键部件、关键位置的精度控制方法，并且对刀库结构进行了局部创新性设计改进。(1)“分度盘滚子(轴承)安装孔注胶技术”解决了分度盘2上均布的滚子(轴承)安装孔加工位置精度难以保证的难题。(2)刀库盘每个工位上的刀夹定位轴安装孔用“工装定位技术”进行加工;解决了刀盘上每个工位刀夹定位轴在刀盘转位后、综合累积位置误差超差影响机床抓刀、落刀的难题;(3)在刀夹定位轴处增加刀夹托板的创新设计，解决了刀盘上所有工位缺口在圆周方向上加工角度误差难以保证的难题。

通常，上述新型悬挂刀库关键部件、关键位置的精度控制都是靠高精密的加工设备来保证的;制造成本较高，如果设备精度不足则会出现较高的废品率;并且制造出来的刀库性能不稳定，严重影响产品的品质。因此制造此类型刀库的技术门槛是比较高的，而本工艺措施的3项创新工艺及技术大大的降低了加工、制造难度，其获得的各项制造精度是通常机械加工方法难以比拟的，不但降低了成品的制造风险，还大幅度提高了产品的使用寿命，为公司降低了大量制造及维护成本，同时也提高了企业的核心竞争力。本内容已经申报了发明专利，申请号为201310469381.3。

［1］《机床设计手册》编写组.机构设计手册(3)［M］.北京:机械工业出版社，1986:669-673.

［2］陈心昭.现代实用机床设计手册［M］.北京:机械工业出版社，2006:1884-1911.

［3］邓文英.金属工艺学［M］.北京:高等教育出版社，2001:10-32.

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