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
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。
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