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多刀位數控機床對刀儀設計
在使用四刀位數控車床加工零件時，通常用墊片墊車削刀具，以保證車削刀尖的車削中心和數控車床主軸的高度，以保證加工精度。部分。但是，由于工具桿的厚度不同以及每個車刀的刀片安裝高度不同，為了確保車刀尖端的高度與主軸的旋轉軸相等，必須選擇合適的墊片厚度以墊住車刀，很難找到合適的墊片厚度，這不可避免地導致車刀尖端高度與主軸旋轉軸線不相等，從而導致刀具安裝錯誤。分析了刀具加載高度誤差引起的加工誤差，得出結論：刀具加載高度誤差不僅影響零件的尺寸精度，而且影響零件的形狀精度，并提出解決工具加載高度誤差對零件加工質量影響的措施。由車削刀尖高度和主軸旋轉中心高度不相等引起的刀具加載高度誤差對零件的加工精度影響很小，很容易忽略。例如，常用的試切法和ATC法更注重工具在橫向和縱向上的誤差的校正，而較少關注工具裝載的高度誤差。但是刀具裝載的高度誤差對精密加工有很大的影響。開發一種精確的對刀裝置，以減少刀具裝載的高度誤差，提高加工精度，并確保零件的加工質量，這一點非常重要。本文在不改變數控車床結構的基礎上，開發了一種精密的對刀裝置，該裝置以螺桿斜滑塊機構為刀具高度調節機構。該裝置可以保證工具安裝的準確性，安裝簡便，安全可靠。
一、精準對刀裝置的設計
1.1設計要求
要實現數控車床精準對刀，保證零件的加工質量，提高工作效率，設計出的精準對刀裝置需滿足以下要求:
(1)車刀刀尖高度調整方便、快捷、精準;
(2)車刀夾緊安全、可靠，在切削力作用下不發生位置偏移;
(3)精準對刀裝置安裝方便、可靠。
1.2結構設計
為滿足精準對刀裝置的設計要求，作者設計出了方便快捷的精準對刀裝置。其結構示意圖如圖1所示。
此裝置的裝刀夾11通過內六角螺栓與高度調整塊2緊固，高度調整塊1與高度調整塊2以斜面接觸，通過高度調整手輪8帶動與高度調整塊1相旋合的高度調整絲桿3轉動，可以使高度調整塊1沿導向底板1的導軌左右移動，從而推動高度調整塊2沿調刀體9的導軌.上下移動，實現裝刀夾的高度調整。
為保證對刀的精準、快捷、方便，在調刀體9上安裝一個方便拆卸的對刀塊4，對刀塊4的對刀面在精準對刀裝置安裝在數控車床四刀位刀架上時應與數控車床的主軸回轉軸線等高，當調整車刀刀尖到達對刀塊4的對刀面時即可認定刀尖已與數控車床回轉軸線等高，并用鎖緊螺釘將高度調整塊1鎖緊。此項刀尖高度調整工作可在精準對刀裝置安裝在數控車床四刀位刀架前完成，不占用機床加工零件時間。
1.3具體操作說明
(1)將車刀5安裝在裝刀夾11 上，用緊定螺栓緊固，轉動高度調整手輪8使裝刀夾下降，并將裝刀夾往下壓實，保證高度調整塊2和高度調整塊1相互接觸;.
(2)將對刀塊4安裝在調刀體9.上，緊 固;
(3)轉動高度調整手輪8使車刀刀尖緩慢向上移動，直至車刀刀尖與對刀塊4的對刀面接觸，擰緊鎖緊螺釘7對刀尖高度鎖定;
(4)拆除安裝在調整塊9.上的對刀塊4;
(5)將精準對刀裝置安裝在數控車床四刀位刀架上，并用緊固螺栓緊固。
二、精準對刀裝置關鍵零件加工工藝要點
2.1對刀塊的對刀面加工工藝要點
如前所述，調整數控車刀刀尖高度時，只要將刀尖調整到與對刀面相接觸就可認定其與數控車床的主軸回轉軸線等高，這就要求精準對刀裝置在數控車床四刀位刀架.上安裝時，對刀塊的對刀面需與數控車床的主軸回轉中心等高。
機床生產廠家在數控車床出廠前已經保證了其尾座套筒中心線與主軸回轉軸線等高，則安裝在尾座套筒中固定頂針的頂尖就處于主軸回轉軸線上而與主軸回轉軸線等高，只要保證了精準對刀裝置的對刀面與固定頂針的頂尖等高，就可保證數控車刀刀尖與對刀面接觸時刀尖與數控車床回轉軸線等高。因此，為滿足對刀塊的安裝要求，可以依據“自為基準”原則來完成對刀塊的對刀面加工，其加工工藝要點是:利用安裝于數控車床尾座上固定頂針的頂尖對安裝在數控車床四刀位刀架上的精準對刀裝置對刀塊進行劃線，并以此線為基準完成對刀塊的對刀面加工。
2.2高度調整塊螺紋孔和調刀體絲桿支承孔的加工工藝要點
在對刀過程中，通過高度調整塊螺紋孔與高度調整絲桿的相互旋合，可以調整數控車刀的高度來實現刀尖與數控車床的主軸回轉軸線等高。為保證數控車刀高度調整靈活、快捷，高度調整絲杠在車削加工過程中不應該承受切削力的作用而發生彎曲變形，切削力可以通過高度調整塊由導向底板承擔。為滿足高度調整絲杠轉動靈活實現數控車刀的高度調整，需要保證高度調整塊螺紋孔和調刀體兩高度調整絲桿支承孔同軸，并且要提高導向底板與調刀體、高度調整塊的裝配精度。因此，在高度調整塊螺紋孔的加工工藝上，可以采用“合件加工”的方式來完成高度調整塊螺紋孔、調刀體兩高度調整絲桿支承孔的定位加工。如圖2所示，在高度調整塊螺紋孔以及調刀體兩絲桿支承孔加工之前，將調刀體、導向底板和高度調整塊按圖示方法進行緊固，然后利用加工中心對調刀體兩絲桿支承孔、高度調整塊螺紋孔一次性鉆孔，最后再對各孔按各自技術要求進行加工。
通過試制，采用此加工工藝既保證了各孔的同軸度，又保證了裝配精度，高度調整絲桿轉動靈活，達到了設計的技術要求。
三、精準對刀裝置的受力分析
在車削過程中，如果數控車削工具要從毛坯上切下切屑，則必須對毛坯施加力。在該力的作用下，切屑材料將發生彈性變形，塑性變形，甚至斷裂，這將從母材上剝離。根據力和反作用力的原理，在車削過程中，切屑材料還使數控車削刀具具有抗后切削力，即切削力F。如圖3所示，切削力F可分為分為三個相互垂直的分量，一個是沿進給方向的進給分量f，一個是垂直于工作平面的反作用力FP，另一個是沿主運動方向的主切削力FC。真力Fp和進給力F的合力為Fz，推力Fz作用在切削層的平面上并垂直于主切削刃。
如圖3所示，在車削過程中，使用強大的力Fp和進給力Ff將NC車刀推向NC車床的X軸和Z軸的正方向，以便NC車床工具離毛坯很遠。在精密工具設置裝置中，有7個鎖緊螺釘7以防止NC車刀沿X軸正方向移動，高度調節塊防止NC車刀沿Z軸正方向移動。在鎖緊螺釘7和高度調節塊2的共同作用下，可以確保數控車刀不會沿x軸和z軸的正方向移動，并且可以確保數控車刀的位置CNC車床在X軸方向和Z軸方向上的穩定性穩定，這對于提高零件的加工質量尤為重要。主切削力FC主要作用在NC車刀的垂直方向上。按下數控車刀時，由于刀具裝置的精確高度調節塊2和導向基板的共同作用，可以抵抗主切削力FC，從而避免了數控車刀的下移。
通過以上分析可知:此精準對刀裝置在車削加工過程中穩定可靠,具有良好的剛度,能保證零件的加工精度。
四、精準對刀裝置的加工精度測試
為驗證研制的精準對刀裝置對零件加工精度的影響,分別利用傳統對刀方式和精準對刀裝置對刀方式，在某廠生產的CKA6140型數控車床上對如圖4所示的測試樣件進行車削,采用同- -加工程序加工,加工材料為40Cr。加工完成后,經測量,得出兩種對刀方式的加工質量如表1所示。
從測試結果對比可以看出:
(1)對刀高度誤差是引起精密零件加工誤差的主要因素;
(2)隨著零件加工直徑的逐步變小,由于對刀高度誤差引起的零件加工誤差越來越明顯;
(3)采用精準對刀裝置可以減少對刀高度誤差,提高零件加工精度;
(4) 精密小零件的加工,采用精準對刀裝置對刀車削,加工精度提高較為明顯。因此,本精準對刀裝置可以提高車削加工的零件加工精度,達到預期的目標。
五、結論
為了解決數控車床對刀精度低造成的加工誤差問題，本文研究了精密對刀裝置的設計方案，討論了該裝置關鍵零件的加工過程要點，并對應力進行了分析。該裝置的設計與制造，是一種四刀位數控車床的精
確對刀裝置，可以實現數控車床刀具的精確對刀，具有以下創新和研究意義：
(1)使用該裝置，無需任何墊片就可達到刀尖高度和數控車床主軸軸線，從而提高了數控車床工具的安裝速度和精度;
(2)使用該裝置調整刀具，可以節省數控車床的閑置時間，提高加工效率;
(3)由于刀具磨損，傳統的四位置刀架對刀具的精度影響很大。該裝置可實現精確的工具對準，而不受工具規格，型號，厚度和工具磨損程度的影響;
(4)設計的精密對刀裝置，結構簡單，易于組裝，對刀操作方便，避免了因拆卸而造成的工具損壞，足夠的剛性，穩定性好，保證了零件的加工精度。
(5)每個精密對刀裝置僅安裝一個CNC車刀，可根據加工需要為該裝置安裝不同的車刀，適應性強，在加工時不改變原有CNC車床的結構工具已安裝;
(6)在精密小零件的車削過程中，裝置的對刀可以提高零件的加工精度。
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