数控车床双刀结构研究

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摘要　

       为保证刹车盘加工重要精度DTV（disk thickness variation）要求，数控车床一般采用双刀同步加工的方法。本文针对数控车床双刀结构进行深入的研究，提出三种双刀结构：固定双刀结构、液压双刀结构、伺服辅助轴双刀结构。通过结构分析，得出伺服辅助轴双刀结构可精确快捷的调整双刀之间的距离，稳定保证DTV 要求，降低机床辅助调整时间，提高效率。

   
      关键词:　双刀结构；DTV 精度要求；伺服辅助轴

  
      汽车制动系统目前基本上由盘式制动替换老式的鼓式制动。刹车盘与刹车衬块组成的一对摩擦副，是盘式制动中的主体。刹车盘按照结构形式可以分为：单面盘、双面盘、高性能盘、轴承盘，以及轮毂盘等。按照销售地区分为：国内盘、亚洲盘，以及欧美盘等。加工工艺大同小异，一般欧美盘对加工精度和表面光洁度要求较高，市场竞争激烈，随着市场对产品质量要求的提高，提高机床精度稳定性以及效率方面的需求也随之增长。采用双刀结构加工，可以替代工序中的磨花序，其目的就是为了以车代磨，在保证很好的表面光洁度和DTV 精度要求前提下，提高效率；目前卧式车床和立式车床都有采用双刀结构的刹车盘加工专机。

   
       1  、三种双刀结构构成

  
      固定双刀结构（图1）：采用几个零件（装配完成零件间没有相对运动）配合通过螺钉固定在刀盘的同一工位上，可同时完成盘类零件两个端面精车的简单机构；
   

  

      
            

             图1 固定双刀结构

      
     液压双刀结构（图2）：采用一端固定，一端液压锁紧的结构，同时完成盘类零件两个端面精车的液压机构，固定刀夹采用燕尾结构定位并可以根据零件的厚度进行微调，外侧刀夹在加工时液压推动活塞轴向压紧，径向通过齿盘结构定位，松开时液压取消通过碟簧将外侧刀夹推离1mm，可顺利退刀；

   

     
  
                  图2 液压双刀结构

   
    伺服辅助轴双刀结构（图3）：采用一端固定，一端伺服驱动的结构，同时完成盘类零件两个端面精车的机构，固定刀夹采用一个竖直刀夹通过螺钉固定在刀盘的一个工位，伺服驱动端采用伺服电机直联丝杠带动可移动刀夹，系统通过PLC 轴控制电机，使移动刀夹到达指定的位置，加工完成系统通过PLC 轴控制电机，使移动刀夹退开，顺利退刀；
   

     

                  图3 伺服辅助轴双刀结构
      

    2 、双刀结构特性
  

    固定双刀结构：固定双刀通过螺钉固定为一个整体，刚性比较高，但加工零件的厚度固定，基本不能调整，退刀时将在零件表面留下划痕，如要保证表面粗糙度要求就需要分刀加工；液压双刀结构：液压双刀固定刀夹通过旋转旋钮微调刀夹位置，达到所需零件的厚度，准确性受人为因素影响，加工时液压推动活塞轴向压紧，径向通过齿盘咬合结构定位，零件两端面加工完成松开液压通过碟簧将外侧刀夹推离1mm，退刀继续加工，加工表面无划痕，不需要后续的磨序，加工时靠液压压紧适合精加工不应受力较大，碟簧将外侧刀夹推开时会产生一定缝隙，有带入碎屑研伤的风险。

   
    伺服辅助轴双刀结构：固定刀夹采用一个竖直刀夹通过螺钉固定在刀盘的一个工位上，伺服驱动端采用伺服电机直联丝杠带动可移动刀夹，系统通过PLC 轴控制电机，使移动刀夹到达指定的位置，加工完成系统通过PLC 轴控制电机，使移动刀夹退开，整体过程通过系统编程完成，准确性高，如有刀具磨损可以通过刀补补偿，换产时修改程序即可。

   
     3、 比较分析三种刀夹的特性
  

     3.1 效率方面

     3.1.1 单件比较：固定双刀结构加工线路为外侧固定刀夹从外向圆心加工刹车盘左端面，内测固定刀夹从圆心向外加工右端面，路线较长，效率低；液压双刀结构为液压锁紧后双刀夹同时由外向圆心加工左右端面，线路较短，效率较高；伺服辅助轴双刀结构移动刀夹移动到位，伺服电机抱闸，双刀夹同时由外向圆心加工左右端面，线路较短，效率较高。

   
     3.1.2 批量比较：加工一定数量零件刀片会逐渐磨损，固定双刀结构需要调整刀具的位置或更换新刀片保证厚度尺寸要求，调整时间需5-10 分钟；液压双刀结构需要调整旋转旋钮微调刀夹位置或更换新刀片保证厚度尺寸要求，调整时间需2-3 分钟；伺服辅助轴双刀结构需要调整系统刀补或更换新刀片保证厚度尺寸要求，调整时间在1 分钟以内。

   

     3.2 刚性方面
   

     受同样的切削力比较，固定双刀结构通过螺栓连接可受较大的切削力；液压双刀结构由机床液压系统提供的压力通过活塞传到刀夹可受一定的切削力；伺服辅助轴双刀结构伺服电机抱闸提供锁紧力传到刀夹可受一定的切削力。

  
     3.3 便捷性
  

     固定双刀结构调整时需要调整刀具位置，有一定难度，需要操作者有一定的经验；液压双刀结构调整时需要通过旋转旋钮按刻度读数调整，比较简单；伺服辅助轴双刀结构调整时仅需要在机床系统中填入刀补即可，调整便捷。
  

     3.4 双刀结构特性对比分析汇总表如下
  

    4 、  结语

  
    刹车盘加工最关键的技术要求是DTV 精度的保证，使用伺服辅助轴双刀加工刹车盘，能便捷可靠地加工刹车盘的两个端面，保证DTV 要求，加工一定数量刹车盘后，刀具产生磨损，可通过系统进行刀具的补偿，这种双刀夹结构可提高刹车盘的效率，并提高成品率。

  
                        表1 双刀结构特性对比分析表