基于教學資源合理應用完成機床刀具替代性研究與設計

王慧　郝慧芬　杜瑞

[摘 要] 選擇價格便宜的材料，設計一套機床刀具裝置，用以替代教學中高價購置的成型刀具。該裝置可以替換普通機床及部分數控機床的刀具，可有效減少機械加工教學環(huán)節(jié)中刀具損耗帶來的經濟負擔，使系部教學資源得到合理利用。

[關 鍵 詞] 刀具裝置；白條剛；卡架

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）24-0009-01

一、研究的背景

隨著現代制造業(yè)的發(fā)展，機床尤其是數控機床的使用已經越來越普遍。在機械加工中，車削占有很大比例，所以數控車床及其刀架系統(tǒng)的可靠性研究尤為重要。根據前期的數據采集和調查的現有可靠性數據的分析研究可以看出，數控機床刀架系統(tǒng)可靠性對整個機床的可靠性影響很大。刀架是數控車床及車銑復合加工中心的關鍵功能部件，可實現數控車床及車銑復合加工中的刀具儲備，交換和夾持刀具進行切削等功能。通過國內外大量刀架資料的研究分析表明，刀架刀盤結構參數是影響刀架性能的關鍵因素之一，綜合性能檢測方法是檢測刀架性能的重要手段。刀盤作為刀架的重要組成部分，其結構參數對刀架整體的性能影響至關重要。

二、刀架在數控系統(tǒng)中的重要性

刀架是數控車床及車銑復合中心的關鍵功能部件之一，直接影響機床的切削性能和切削效率。刀架必須滿足相應的要求才可以進行正常的加工。刀架必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工的切削力，同時要保證刀架在每次加工時的定位精度。

數控刀架是數控機床的重要組成部分，是機床的主要功能部件。隨著現代電力電子技術、控制技術和計算機技術的發(fā)展，電機的應用技術也得到了進一步的發(fā)展，電機應用已由過去簡單的起停控制、提供動力為目的應用，上升到對其速度、位置、轉矩等進行精確的控制，使被驅動的機械運動符合預想的要求，使被控機械運動實現精確的位置控制、速度控制，以及這些被控機械量的綜合控制。

三、研究開展的條件具備

鄂爾多斯職業(yè)學院機械工程系機加工實訓車間共有數控車床29臺、數控銑床4臺、三軸加工中心4臺、四軸加工中心8臺。五軸加工中心2臺、臥式加工中心1臺、車削中心1臺、電火花3臺、線切割3臺，以及各種普通機床若干臺，共計90多臺。對于本次課題的研究機加工實訓室配備了兩臺普通車床，型號分別為：CA6140A/1000和CA6150A/1500；三臺數控車床，型號分別為：CAK5085/1000、HTC2050和CAK5085/1000；兩個加工中心，型號分別為：VDF-850D和VDF-850D（四軸）。

四、機床刀具替代裝置的設計

（一）刀具替代材料的選擇

學生初學機床加工，會在操作中頻繁打刀，目前數控車床使用的硬質合金刀價格較貴，現在學生的數量也在逐年增加，若在實操中一直使用硬質合金刀，學生實訓的費用將會很高。因此需要選擇價格便宜的材料，設計一套機床刀具裝置，用以替代教學中高價購置的成型刀具。該裝置可以替換普通機床及部分數控機床的刀具，可有效減少機加工教學環(huán)節(jié)中，刀具損耗帶來的經濟負擔，使我系教學資源得到合理利用。

刀具替代材料的選擇采用信息采集法，搜集相關資料，進行數據對比，最終確定一種價格便宜且滿足切削性能的材料——白條剛來制作刀具。白條鋼，學名高速鋼，代表牌號為W18Cr4V，它的常溫硬度是62～65HRC，高溫（600℃）硬度是520HV，抗彎強度是3.5GPa，沖擊韌性是0.3MJ/m2。

學生在實操訓練中使用的毛坯材料均是尼龍棒。尼龍棒具有韌性好、耐磨力強、耐油、抗震、拉伸、彎曲強度好，并具有吸水性小、尺寸穩(wěn)定性好等特點，尼龍棒用途廣，是以塑代鋼、鐵、銅等金屬的好材料，是重要的工程塑料。尼龍棒的硬度較白條剛低很多，因此，完全可用白條剛來代替原有的金屬刀具加工尼龍棒。

（二）卡架的制作

卡架的功能類似于車床的四工位刀架，卡架安裝在車床的滑板上，它可以裝夾刀具。卡架滑板由縱向（Z軸）滑板和橫向（X軸）滑板組成，Z軸滑板安裝在床身導軌上，可以沿床身縱向運動，橫向滑板安裝在縱向滑板上，能沿縱向滑板的導軌進行橫向運動，卡架滑板的作用是安裝在其上的卡架刀具在加工中實現縱向和橫向的進給運動。

五、結論

通過市場調研，了解到目前成型刀具的價格和材料，選擇一種價格便宜，可以替代成型刀具切削能力的刀具材料和刀具卡架材料。根據現有機床的機構特性，采用多個方案對比排除法，確定最終的設計方案。設計一種刀具卡架，可以通過調節(jié)裝置使該卡架可以在教學常用機床刀架上安裝。研制出刀具裝置后，在機床上進行性能試驗，根據試驗情況，對結構進行改善，直到能滿足性能要求，投入教學使用。

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