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动力刀塔技术展望

动力刀塔技术是车铣复合机床中的核心技术之一。车铣复合机床可实现在同一机床上进行复杂零件的加工,将车削(turning)、钻孔[drilling)、攻丝(thread cutting)、端面切憎(slot cutting)、侧面切槽(keyway cutting)、侧面铣削(face cutting)、角度钻孔(c-axisangle drilling)、曲线铣削(cam cutting)等所有加工均在一台车铣复合数控机床完成、大大减少了生产工序和累积公差。车铣复合数控机床装备的动力刀塔一般包括盘形刀塔、方形刀塔和皇冠刀塔,且以盘形刀塔应用最广。车铁复台数控机床的特点(1)加工前参数设置环节较少,有时甚至是一次性的;(2)复杂工件不需在多台机床上加工;(3)减少工件的装夹次数;(4)加工现场机床数量减少,对场地面积要求少。动力刀塔的种类目前市场上装备数控机床的动力刀塔主要分为两大主流,一是日系机床厂商各自开发的动力刀塔,由于其刀座没有统一规范而难以应用,另一主流为刀塔制造厂商开发的动力刀塔。目前较大的刀塔制造商皆属欧系公司,如Sauter(德国)、Dup1omatic(意大利)、Baruffa1di(意大利)等,在刀塔设计开发上大多遵循德式快换刀座(VDI Toolholder System)规范,由于“VDI规范”拥有较大市场占有量,所以欧系刀塔制造公司产品属目前市场主流。动力刀塔按照动力源、刀盘形式、轴联接器、动力刀座的不同而进行分类:(1)动力源(source of poer):动力源是指刀塔换刀时的动力来源,为了适应快速换刀的趋势,在伺服电动机输出功率以及材料强度提升的情况下,液压电动机逐渐被伺服电动机所取代。(2)刀盘形式(types of tool disk):依加工的方式,可约略将刀盘分为圆型轴向刀盘与多角形径向刀盘,如图6—3、图6-4所示。圆型轴向刀盘刚性较佳,但刀具干涉范围较大,而多角形径向刀盘虽然刚性略差,但是当搭配副主轴时,可进行背向加工。此外,另有一种星形轴向刀盘,如图6—5所示,虽然所有刀具座并非都具铣削功能,但是刀具干涉的范围相较干圆型刀盘小很多。(3)轴联接器(Hirth-type gearing):轴联接器直接影响到动力刀塔的精度以及切削时的刚性,可分为两片式与三片式两种,目前动力刀塔皆属三片式的结构,如图6-6所示,虽然三片式的刚性较两片式赂差,但是三片式构造的防水性与防屑性均佳,且刀盘只需作旋转而不需作推出的动作,有利于换刀时间的缩短与动力刀塔的设计。 (4)动力刀座(Driven tool holder):动力刀座又称“动力头”(见图),是使用在车削中心动力刀塔上、可以装夹钻头、铣刀和丝锥的刀座,它可以在动力刀塔电动机的驱动下旋转,带动刀具转动,可以在工件完成车削后进行铣削、钻削和攻丝的工序。可以将以前需要在车床、铣床和钻床上完成的工件一次装夹在车削中心上完成,从而使带有动力刀座的数控车床摇身一变成为“车铣复合加工中心”,简称为“车削中心”,可见动力刀座大大扩展了数控车床的功能。同时,动力刀座作为动力刀塔和切削刀具之间重要的连接。在整个刀链系统中扮演着十分重要的角色。动力刀座本身的性能是决定工件最终加工效果的重要因素。 图动力刀座动力刀座的分类如根据结构和外形可分为0°(轴向)刀座、90°(径向直角)刀座、直角后缩(又称位短式)刀座以及其他特殊结构的刀座,如根据冷却方式可分为外冷式刀座和外冷加内冷(中心冷)式刀座:如根据铅人输出转速比则可分为等速刀座、升速刀座和降速刀座,如根据输入接口类型分为VDI(德式快换刀座)方式和BMT(base mount tooling螺栓紧固)方式等。动力刀座输入接口取决于机床动力刀塔的接口形式,一般动力刀塔都会遵循VDI规范。图6—8所示为几种动力刀座的接口,其中一字形的DIN1809与零点定位齿型DIN 5480和渐开线栓档型DIN 5482这三种形式的刀具座最常被使用,又以DIN 5480接口可供刚性攻丝,以及脱离-咬合较容易,逐渐被广泛使用。动力刀塔是一种本身具有动力源,可独立向刀具提供主运动和进给运动,进而完成铣、钻、螳等加工工序,其作为车铣复合机床的重要机构并不是新发明,而是从普通车床刀架不断进化演变而来。可以按照动力源形式、刀盘形式、轴联接器形式、动力刀座接口形式等进行多种分类。动力刀塔的出现。使得机床类型界限模糊、使得生产加工效率大大提升。