基于教学资源合理应用完成机床刀具替代性研究与设计

王慧　郝慧芬　杜瑞

[摘 要] 选择价格便宜的材料，设计一套机床刀具装置，用以替代教学中高价购置的成型刀具。该装置可以替换普通机床及部分数控机床的刀具，可有效减少机械加工教學环节中刀具损耗带来的经济负担，使系部教学资源得到合理利用。

[关 键 词] 刀具装置；白条刚；卡架

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）24-0009-01

一、研究的背景

随着现代制造业的发展，机床尤其是数控机床的使用已经越来越普遍。在机械加工中，车削占有很大比例，所以数控车床及其刀架系统的可靠性研究尤为重要。根据前期的数据采集和调查的现有可靠性数据的分析研究可以看出，数控机床刀架系统可靠性对整个机床的可靠性影响很大。刀架是数控车床及车铣复合加工中心的关键功能部件，可实现数控车床及车铣复合加工中的刀具储备，交换和夹持刀具进行切削等功能。通过国内外大量刀架资料的研究分析表明，刀架刀盘结构参数是影响刀架性能的关键因素之一，综合性能检测方法是检测刀架性能的重要手段。刀盘作为刀架的重要组成部分，其结构参数对刀架整体的性能影响至关重要。

二、刀架在数控系统中的重要性

刀架是数控车床及车铣复合中心的关键功能部件之一，直接影响机床的切削性能和切削效率。刀架必须满足相应的要求才可以进行正常的加工。刀架必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力，同时要保证刀架在每次加工时的定位精度。

数控刀架是数控机床的重要组成部分，是机床的主要功能部件。随着现代电力电子技术、控制技术和计算机技术的发展，电机的应用技术也得到了进一步的发展，电机应用已由过去简单的起停控制、提供动力为目的应用，上升到对其速度、位置、转矩等进行精确的控制，使被驱动的机械运动符合预想的要求，使被控机械运动实现精确的位置控制、速度控制，以及这些被控机械量的综合控制。

三、研究开展的条件具备

鄂尔多斯职业学院机械工程系机加工实训车间共有数控车床29台、数控铣床4台、三轴加工中心4台、四轴加工中心8台。五轴加工中心2台、卧式加工中心1台、车削中心1台、电火花3台、线切割3台，以及各种普通机床若干台，共计90多台。对于本次课题的研究机加工实训室配备了两台普通车床，型号分别为：CA6140A/1000和CA6150A/1500；三台数控车床，型号分别为：CAK5085/1000、HTC2050和CAK5085/1000；两个加工中心，型号分别为：VDF-850D和VDF-850D（四轴）。

四、机床刀具替代装置的设计

（一）刀具替代材料的选择

学生初学机床加工，会在操作中频繁打刀，目前数控车床使用的硬质合金刀价格较贵，现在学生的数量也在逐年增加，若在实操中一直使用硬质合金刀，学生实训的费用将会很高。因此需要选择价格便宜的材料，设计一套机床刀具装置，用以替代教学中高价购置的成型刀具。该装置可以替换普通机床及部分数控机床的刀具，可有效减少机加工教学环节中，刀具损耗带来的经济负担，使我系教学资源得到合理利用。

刀具替代材料的选择采用信息采集法，搜集相关资料，进行数据对比，最终确定一种价格便宜且满足切削性能的材料——白条刚来制作刀具。白条钢，学名高速钢，代表牌号为W18Cr4V，它的常温硬度是62～65HRC，高温（600℃）硬度是520HV，抗弯强度是3.5GPa，冲击韧性是0.3MJ/m2。

学生在实操训练中使用的毛坯材料均是尼龙棒。尼龙棒具有韧性好、耐磨力强、耐油、抗震、拉伸、弯曲强度好，并具有吸水性小、尺寸稳定性好等特点，尼龙棒用途广，是以塑代钢、铁、铜等金属的好材料，是重要的工程塑料。尼龙棒的硬度较白条刚低很多，因此，完全可用白条刚来代替原有的金属刀具加工尼龙棒。

（二）卡架的制作

卡架的功能类似于车床的四工位刀架，卡架安装在车床的滑板上，它可以装夹刀具。卡架滑板由纵向（Z轴）滑板和横向（X轴）滑板组成，Z轴滑板安装在床身导轨上，可以沿床身纵向运动，横向滑板安装在纵向滑板上，能沿纵向滑板的导轨进行横向运动，卡架滑板的作用是安装在其上的卡架刀具在加工中实现纵向和横向的进给运动。

五、结论

通过市场调研，了解到目前成型刀具的价格和材料，选择一种价格便宜，可以替代成型刀具切削能力的刀具材料和刀具卡架材料。根据现有机床的机构特性，采用多个方案对比排除法，确定最终的设计方案。设计一种刀具卡架，可以通过调节装置使该卡架可以在教学常用机床刀架上安装。研制出刀具装置后，在机床上进行性能试验，根据试验情况，对结构进行改善，直到能满足性能要求，投入教学使用。

参考文献：

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