基于传统模式下的新型动力刀座设计与研究

摘 要：目前用于车床和铣床的动力刀座组件主要包括外壳、驱动装置、主动轴和多个主轴，其中外壳主要由侧板和端板组装而成，形成了腔体形式的外壳，容易降低动力刀座的整体刚性，并且在操作期间容易产生振动，导致车床和铣床的切屑精度降低，另外主轴的速度无法提升，并且由于是腔體形式的结构，导致缺少支撑力，刀具容易磨损，这都会给使用者带来损失。由此设计了一种由驱动装置、箱体和底座组成的新型动力刀座装置，该刀座结构简单、整体结构强度高、安装及拆卸方便、成本低，很大程度上提高了加工效率与精度。

关键词：机床;动力刀座;精度;底座

一、背景技术

随着数控机床的广泛应用，特种机床，组合机床及其通用部件的数控率也在不断提高，然而，目前在车床和铣床中使用的动力刀座组件大多数是腔体的形式，容易导致动力刀座整体刚性较差，在工作的过程中容易产生震动，导致车铣机床的切屑精度降低，此外主轴的转速提不上去，并且由于是腔体形式的结构，导致缺少支撑力，刀具容易磨损，这都会给使用者带来损失。

二、基本设计思路

针对上述问题，我们设计发明了本实用新型动力刀座装置，要解决的技术问题是为企业实际生产提供新型结构简单，整体结构强度高，安装及拆卸方便，成本低，降低振动幅度，增加整体的工作精度，适用范围广，使用寿命长，具有安全可靠作用的新型动装刀座装置。

与传统动力刀座装置相比该装置主要由以下三个部分组成：驱动装置、箱体和底座。使用时，通过所设的底座，并在底座上开设安装螺孔，可方便将本动力刀座装置安装到机架的指定位置处;通过所设的伺服电机作为动力源来带动转轴旋转，可使得本动力刀座装置的整体动力稳定;而通过在转轴上设置的两个主动锥齿轮和设置在主轴上的从动锥齿轮配合，可带动主轴进行旋转;通过在底座上设置的卡槽，可方便将箱体配合到底座上;而通过在卡槽内底部设置的第一减震垫片，可减少在使用时机架的振动对箱体的影响;通过在底座上嵌设的第二定位螺钉，可增加箱体和底座之间的连接强度;通过在固定板和箱体配合的那一面上设置第二减震垫片，可避免伺服电机在使用时所产生的振动对箱体的影响，从而可有效的增加本动力刀座装置在工作时的加工精度;通过所设的轴承座和设置在轴承座内的第一轴承，以及设置的定位杆和定位板，可对转轴起到有效的支撑和固定作用，增加转轴在旋转时的稳定性，避免转轴在旋转时出现轴心线偏离的情况发生;通过所设的轴承套，并在轴套套内设置与主轴相配合的轴承，可增加主轴在旋转时的稳定性。

三、科学性先进性

与现有技术相比，本实用新型发明在以下几个方面都具有明显技术优势：

（一）动力刀座装置的整体动力稳定

设置底座，并在底座上开设安装螺孔，可方便将本动力刀座装置安装到机架的指定位置处，通过所设的伺服电机作为动力源来带动转轴旋转，提高刀座装置的整体动力稳定性。

（二）机架振动对箱体的影响减小

在底座上设置的卡槽，可方便将箱体配合到底座上，而通过在卡槽内底部设置的第一减震垫片，可减少在使用时机架的振动对箱体的影响。

（三）箱体和底座之间的连接强度增大

在底座上嵌设的第二定位螺钉，可增加箱体和底座之间的连接度。

（四）加工精度提高

在固定板和箱体配合的那一面上设置第二减震垫片，可避免伺服电机在使用时所产生的振动对箱体的影响，从而可有效的增加本动力刀座装置在工作时的加工精度。

（五）主轴在旋转时的稳定性增强

通过设置轴承座和设置在轴承座内的第一轴承，以及设置的定位杆和定位板，可对转轴起到有效的支撑和固定作用，增加转轴在旋转时的稳定性，避免转轴在旋转时出现轴心线偏离的情况发生。通过所设的轴承套，并在轴套套内设置与主轴相配合的轴承，可增加主轴在旋转时的稳定性。

四、推广前景及市场分析

伴随着加工件的日益复杂化、精度等级以及加工效率的提高，高结构强度、高工作精度成为车床动力刀座装置必备的条件，以顺应新时代加工方式的需求。

传统车床动力刀座装置外壳主要由侧板和端板拼装而成，这样构成腔体形式的外壳，容易导致动力刀座整体刚性较差，在工作的过程中容易产生震动，导致车铣机床的切屑精度降低。此外主轴的转速提不上去，导致缺少支撑力，刀具容易磨损，这都会给使用者带来损失。所以企业在原有加工基础上，急需一种改进型动力刀座装置，来降低企业生产成本，提高生产质量。

（一）全球市场分析

根据调查结果显示，2005年全球动力刀座市场约10亿元人民币的销售总额，2010年销售总额增长到约14亿元人民币，到2016年当年销售总额已增长到20亿元人民币左右，未来10年随着加工产业的不断升级必将带动动力刀座市场每年以5%-10%的增长，到2026年全球市场将达到约40亿元人民币的规模。

（二）国内市场及行业细分市场

国内在高端精密加工领域起步较晚但发展很快，行业数据显示2008年以前动力刀座市场维持在5亿元人民币左右，但2008年以后随着国家对精密加工零件需求越来越大加快产业升级步伐和广大民营企业为求企业转型持续加大对高端精密机床的投入，动力刀座市场也呈现快速增长，到2016年国内当年动力刀座市场已达到约10亿元人民币，约占全球市场的40%。未来10年到2026年国内动力头市场将达到约20亿元规模，届时约占全球50%的份额。

国内行业细分的超精密动力刀座领域乃至全球领域都尚属空白。就目前国内所涉及行业市场，此类超精密动力刀座至少有过千万的市场。

参考文献：

[1]岳荣刚，宋凌珺编著.SolidWorks 2006零件与装配设计教程[M].冶金工业出版社，2006.

[2]陈心昭，权义鲁主编.现代实用机床设计手册[M].机械工业出版社，2006.

[3]谢家瀛主编.组合机床设计简明手册[M].机械工业出版社，1994.

[4]马仕龙，李兆维，刘春时.动力刀架的动力刀座接口研究[J].机械设计与制造，2010（12）.

作者简介：闫佳兵（1985-），男，辽宁葫芦岛人，本科，讲师，研究方向：船舶动力工程技术。