车床刀架可靠性试验关键技术研究

孔祥志， 郭智春

(沈阳机床股份有限公司,沈阳 110142)

0 引言

数控刀架是数控车床的核心部件，其可靠性及精度稳定性是数控车床的重要技术指标，目前数控车床约1/4的故障源于数控刀架领域。可靠性是产品综合性能反映的指标，反映了产品质量的优劣，我国国产数控刀架与国外产品相比，技术指标偏低、可靠性差、故障率高、精度保持性差，并直接影响国产数控车床整机产品的性能，影响车床的加工效率及加工精度，以及客户满意度，成为制约我国车床产品发展的瓶颈。研究数控刀架的可靠性及其试验方法，找出影响数控刀架可靠性、精度保持性和性能稳定性的故障原因，分析薄弱环节，提出改进与控制措施，有利于提高我国国产数控刀架的可靠性，并促进数控车床行业的发展[1-4]。

1 刀架可靠性试验总体流程设计

1.1 实验流程

图1为数控刀架可靠性试验的总体试验流程设计。1）刀架运车试验主要检测刀架的功能指标是否满足设计要求，该阶段故障不计入考核，但需要进行故障处理，并及时恢复正常工作状态；2）刀架技术指标检测，该阶段需要检测刀架的定位精度、承载能力及刚度、转位时间等技术参数；3）加载试验，该阶段模拟刀架工作切削力进行试验加载；4）空转试验，进行各种换刀动作，模拟刀架换刀转位，此阶段不施加切削力[5-8]。

1.2 故障记录

表1为可靠性试验故障记录表。主要记录刀架编号、试验日期、试验时间、操作、故障、工作循环周期等。

2 刀架功能检测和技术指标检测

2.1 刀架功能检测

刀架主要的功能检测指标如表2所示。

刀架装配、电气连接、液压连接主要检查是否按图样要求正确装配，装配出错及由此带来的故障不计入考核。通过控制器检查电动机的正反转、速度、加速度、角位移等参数。刀架转位过程中，要保证驱动齿轮系的背向间隙在合理范围内。刀架在锁紧松开过程中，要保证轴向窜动间隙在合理范围内。接近开关检测刀架的锁紧松开时间。刀架功能检测还需要检查刀架冷却液管路是否正常工作，是否有漏水现象。

图1 数控刀架可靠性试验总体流程

表1 故障记录表

表2 刀架功能检测

2.2 刀架技术指标检测

刀架技术指标检测主要包括：精度检测、转位时间检测、承载能力检测。技术指标要满足国家标准要求及产品设计要求。技术指标检测需在运车试验、加载试验、空载试验完成后各检一次。精度检测需依据国家标准执行，转位时间和承载能力按照不同刀架制造企业的设计要求进行检测。

3 试验方法

3.1 精度检测

精度检测要求依据国家标准GB/T 20960-2007,数控卧式转塔刀架进行。主要检测项目有：G1（定心轴径的径向跳动）；G2（轴肩支撑面的端面跳动）；G3（轴肩支撑面对底面的垂直度）；G4（重复定位精度）；G5（工具孔轴线在工作位置的偏移）；G6（工具孔轴线在工作位置的平行度）；G7（刀槽在工作位置的偏移）；G8（工具安装面对基准的平行度）；G9（工具安装面在工作位置的偏移）[9-11]。

3.2 转位时间检测

转位时间通过驱动器读取电动机参数检测。如图2为某实验实测数据。按设计要求检测单步（30°和45°）分度时间和任意角度分度时间。同时读取命令位置、反馈位置、位置误差、电动机转速信息[12-13]。

图2 转位时间检测

3.3 承载能力检测

如图3为刀架承载能力检测试验台模型、检测原理、检测实例的示意图。载荷通过液压千斤顶施加，并通过指示表读取载荷大小，变形量通过千分表读取[14-15]。

按照刀架设计要求，需要检测刀架的切向承载能力（图3左列）和径向承载能力（图3右列）。径向载荷要分别考虑径向压载荷和径向拉载荷下的刀架承载能力和刚度。

图3 承载能力检测

4 结论

设计了刀架可靠性试验的总体试验流程以及故障记录表。提出了刀架电气、液压、驱动器、间隙、接近开关、冷却系统功能检测的检测要求，分析了精度、转位时间、承载能力技术指标检测的检测方法。给出精度、转位时间、承载能力检测的试验要求和试验方法。

[参 考 文 献]

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[8] 喻春.数控转塔刀架可靠性关键技术研究[D].重庆:重庆大学,2015.

[9] 机床检测通则第1部分:在无负荷或精加工条件下机床的几何精度:GB/T 17421.1-1998[S].

[10]机床检测通则第2部分:数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定:GB/T 17421.2-2000[S].

[11]数控卧式转塔刀架:GB/T 20960-2007[S].

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[14]张智聪.动力刀塔综合性能检测系统的研究[D].大连:大连理工大学,2012.

[15]现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册[M].北京:机械工业出版社,2006.