徐進 陳翔

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，解決機床操作者在活塞桿外形及內(nèi)孔加工時，頻繁拆裝刀具及對刀，費時費力，痛苦作業(yè)，達到低投入、高效果、降低痛苦作業(yè)、操作簡便和保證良好的產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

關鍵詞：機械加工;車床刀塔快速換刀;刀柄設計

活塞桿是大功率低速船用柴油機上一個重要的運動部件，其與活塞、十字頭銷、連桿、曲軸等部件組成運動機構(gòu)，將氣體爆燃產(chǎn)生的力傳給曲軸，再通過變速機構(gòu)帶動船舶運行。在柴油機的工作過程中，活塞桿受到燃氣高溫、高壓和腐蝕作用，它承受的熱負荷和機械負荷非常高，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，在加工過程中應盡可能采取有效措施進行控制，來保證其質(zhì)量。

一、現(xiàn)狀描述

1.活塞桿車床加工現(xiàn)狀

活塞桿在半自動普通車床加工外形時，由于其外形結(jié)構(gòu)比較復雜，加工方式需要不停地進行轉(zhuǎn)換，換刀對刀特別的頻繁，下面通過活塞桿車床機械加工工藝來說明加工現(xiàn)狀，以S90MEC機型為例：

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向孔φ150+0.05 0×150。

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 ≤0.02 mm，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：機床操作者在一根活塞桿外形及內(nèi)孔加工時，需要多次更換刀具，根據(jù)理論基礎數(shù)據(jù)及現(xiàn)場跟蹤，發(fā)現(xiàn)整個車床工序需更換17把車刀，按12S90MEC計算，一套活塞桿13根，共需要更換221次刀。如此頻繁的手動換刀，很容易發(fā)生錯誤，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，換刀后需要手動試切測量，輸入新刀沿等數(shù)據(jù)，花費大量時間，反復手動干預操作，很容易發(fā)生錯誤。如試切后退刀時退錯引起梗刀，測量時看錯數(shù)值引起加工尺寸不對，反復輸入刀沿時輸入錯誤引起過切等問題，現(xiàn)場因手工干預已經(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)的裝置設計

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，特意設計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，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，達到全自動化的效果。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，具有操作簡便、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、可重復使用的優(yōu)點，取得了提高增強普通機床自動化、減少人力勞動的有益效果，能夠用于大型柴油機活塞桿的外形及內(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，應用比較廣泛。

同時，快換刀具的車刀刀柄采用HSK刀柄，見圖六，這種結(jié)構(gòu)是由德國阿亨大學機床研究室（WZL）專為高速機床主軸開發(fā)的一種刀軸聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，已被DIN標準化。錐柄部分采用薄壁結(jié)構(gòu)，錐度配合的過盈量較小，對刀柄和主軸端部關鍵尺寸的公差帶特別嚴格。同一個刀頭反復拆裝，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，按不同的刀號提前輸入機床，使用時只需要從機床里調(diào)用所需刀號就能直接加工，不需要再去試切、測量及輸入等操作，大幅度提高了加工效率及質(zhì)量，另一方面現(xiàn)場實際操作也比較簡單方便，有效地降低了勞動強度，在保證操作者人身健康的同時有效避免了很多質(zhì)量問題的產(chǎn)生。

三、刀塔快速換刀系統(tǒng)在實際加工中的應用

下面結(jié)合刀塔快速換刀系統(tǒng)的實際使用情況來說明該系統(tǒng)在加工中的應用，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，解決了機床操作者在活塞桿外形及內(nèi)孔加工時，頻繁拆裝刀具及對刀，費時費力，痛苦作業(yè)等問題，達到低投入、高效率、降低痛苦作業(yè)、操作簡便和保證良好的產(chǎn)品質(zhì)量的目的。通用性比較強，主要用于大型柴油機的活塞桿車床工位的加工，同時也可以通過適當修改設計結(jié)構(gòu)將該種裝置推廣應用到更多的零件加工中去。

參考文獻

[1] 陳宏均，實用機械加工工藝手冊，北京機械工業(yè)出版社，2005