浅析一种车床刀塔快速换刀的装置及方法

徐进 陈翔

摘 要：本文主要通过分析车床加工现状及现有结构，介绍一种卧式车床刀塔快速换刀系统的装置及方法，解决机床操作者在活塞杆外形及内孔加工时，频繁拆装刀具及对刀，费时费力，痛苦作业，达到低投入、高效果、降低痛苦作业、操作简便和保证良好的产品质量的目的。

关键词：机械加工;车床刀塔快速换刀;刀柄设计

活塞杆是大功率低速船用柴油机上一个重要的运动部件，其与活塞、十字头销、连杆、曲轴等部件组成运动机构，将气体爆燃产生的力传给曲轴，再通过变速机构带动船舶运行。在柴油机的工作过程中，活塞杆受到燃气高温、高压和腐蚀作用，它承受的热负荷和机械负荷非常高，工作环境比较恶劣，其加工质量将直接影响柴油机的性能。

所以活塞杆的加工质量非常重要，在加工过程中应尽可能采取有效措施进行控制，来保证其质量。

一、现状描述

1.活塞杆车床加工现状

活塞杆在半自动普通车床加工外形时，由于其外形结构比较复杂，加工方式需要不停地进行转换，换刀对刀特别的频繁，下面通过活塞杆车床机械加工工艺来说明加工现状，以S90MEC机型为例：

活塞杆车床加工主要工序如下：

工序2：

（1）上车床，夹扁端顶圆端φ145孔。按要求加工各档尺寸。

（2）夹扁端，近圆端杆身处托中心架，加工平面和深孔钻导向孔φ150+0.05 0×150。

工序5：

（1）上车床，夹圆端外圆，近扁端杆身处搭中心架，加工φ579×177外圆，φ70孔口倒角3×30°。

工序7：

（1）上车床，夹扁端顶圆端，杆身两端各加工一节牌楼档φ350.8×100，其余各档加工到图纸尺寸。

（2）夹圆端，近扁端杆身处搭中心架，加工端面保证4230±0.2mm尺寸，加工φ575±0.1外圆，粗镗扁端中孔φ86+0.2 +0.1、φ110+0.2 +0.1为φ84±0.1mm和φ108±0.1mm，反镗R30，精镗中孔φ86+0.2 +0.1、φ110+0.2 +0.1。

（3）夹扁端外圆，近圆端的杆身处托中心架，校圆杆身外圆，跳动 ≤0.02 mm，车圆端中孔 Φ150+0.4 +0.2mm ×40，并车孔口倒角5.5×30°。

通过以上工艺，我们可以看出：机床操作者在一根活塞杆外形及内孔加工时，需要多次更换刀具，根据理论基础数据及现场跟踪，发现整个车床工序需更换17把车刀，按12S90MEC计算，一套活塞杆13根，共需要更换221次刀。如此频繁的手动换刀，很容易发生错误，产生质量问题。

2.原车床刀塔系统介绍

原刀塔的结构示意图、和车床刀塔装刀示意图见图一，该刀塔安装车刀无定位功能，每次换刀需要目测调整刀尖的中心高度，刀具伸出刀塔的距离及角度不能固定，换刀后需要手动试切测量，输入新刀沿等数据，花费大量时间，反复手动干预操作，很容易发生错误。如试切后退刀时退错引起梗刀，测量时看错数值引起加工尺寸不对，反复输入刀沿时输入错误引起过切等问题，现场因手工干预已经发生多次质量及安全事故。

二、车床刀塔快速换刀系统的装置设计

根据活塞杆的车床加工现状，我们为了避免不必要的人力辅助工作，特意设计制作了一种车床刀塔快速换刀系统的装置，并且制定了使用方法。该车床快速换刀系统装置结构示意图见图二：

图中：1—快速换刀系统本体，2—内冷管道，3—内冷管道接口，4—快换车刀锁紧装置，5—快速换刀系统精确定位块，6—快速换刀系统快换车刀安装口。

在活塞杆外形加工及内孔加工时，将该快速换刀系统的装置装上，以此来减少操作者的辅助拆换刀工作，达到全自动化的效果。将该车削活塞杆快速换刀系统的装置，安装在车床自身刀塔上，通过更换不同快换刀头，达到不同刀位的充分利用效果。本快速换刀系统的装置，具有操作简便、结构简单、成本低廉、可重复使用的优点，取得了提高增强普通机床自动化、减少人力劳动的有益效果，能够用于大型柴油机活塞杆的外形及内孔等加工，也适用于其他各类零件的车削加工。该快速换刀系统的装置可以与多种不同结构形式的快换车刀刀头相连接，应用比较广泛。

同时，快换刀具的车刀刀柄采用HSK刀柄，见图六，这种结构是由德国阿亨大学机床研究室（WZL）专为高速机床主轴开发的一种刀轴联结结构，已被DIN标准化。锥柄部分采用薄壁结构，锥度配合的过盈量较小，对刀柄和主轴端部关键尺寸的公差带特别严格。同一个刀头反复拆装，刀沿及刀片中心高基本不变，这样就可以提前把需要的刀具的刀沿及象限号，按不同的刀号提前输入机床，使用时只需要从机床里调用所需刀号就能直接加工，不需要再去试切、测量及输入等操作，大幅度提高了加工效率及质量，另一方面现场实际操作也比较简单方便，有效地降低了劳动强度，在保证操作者人身健康的同时有效避免了很多质量问题的产生。

三、刀塔快速换刀系统在实际加工中的应用

下面结合刀塔快速换刀系统的实际使用情况来说明该系统在加工中的应用，在活塞杆外形及内孔加工前，将车床加工活塞杆的快速换刀系统本体安装与机床刀塔上，用刀塔安装螺丝将快换车刀刀头固定于刀塔本体上，将快换车刀刀头用安装螺丝快固定于速换刀系统上，安装固定于内冷管道与内冷管道接口上，通过快换车刀刀头更换，可精确定位快换车刀刀头在快速换刀系统本体到需要位置，内冷管道可以直接把冷却液冲到刀尖，从而达到快速换刀加工作业的效果。

四、结论

本文介绍的此种车床刀塔快速换刀系统的装置及方法，解决了机床操作者在活塞杆外形及内孔加工时，频繁拆装刀具及对刀，费时费力，痛苦作业等问题，达到低投入、高效率、降低痛苦作业、操作简便和保证良好的产品质量的目的。通用性比较强，主要用于大型柴油机的活塞杆车床工位的加工，同时也可以通过适当修改设计结构将该种装置推广应用到更多的零件加工中去。

參考文献

[1] 陈宏均，实用机械加工工艺手册，北京机械工业出版社，2005