01

前言

車削時，車刀刀尖應(yīng)與被加工工件的中心軸線相等，這樣可以保證車刀刀尖始終與工件外表面最高點接觸。如果刀尖高于或低于工件的中心軸線，不僅會損壞車刀，還會造成較大的加工誤差，影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量。因此，車刀高度調(diào)節(jié)裝置是保證車床加工精度的一系列裝置中的重要組成部分，也是工程技術(shù)人員應(yīng)該重點研發(fā)的一類車床配件。

02

相關(guān)產(chǎn)品的特性

為了調(diào)節(jié)車刀的高度，工程技術(shù)人員設(shè)計開發(fā)了各種類型的高度調(diào)節(jié)裝置，并成功應(yīng)用于普通車床和數(shù)控車床，部分產(chǎn)品取得了良好的效果。根據(jù)該類產(chǎn)品研發(fā)和使用的時間順序，車刀高度調(diào)節(jié)裝置可分為傳統(tǒng)型和改進(jìn)創(chuàng)新型兩大類，其特點分析如下。

傳統(tǒng)車刀的高度調(diào)節(jié)裝置是墊刀，高度調(diào)節(jié)方法是墊刀疊加法。使用緩沖刀片調(diào)節(jié)車刀高度的優(yōu)缺點是顯而易見的。其優(yōu)點是緩沖葉片制作簡單，制造和使用成本低，適用性強，已得到廣泛應(yīng)用。其缺點是墊刀沒有固定的規(guī)格，使用時互換性差。使用墊刀調(diào)整車刀高度時，需要大量的準(zhǔn)備和調(diào)整時間，極大地影響了工作效率。另外，如果墊刀層數(shù)較多，會直接影響車刀的穩(wěn)定性，加工時容易出現(xiàn)車刀的滑動和振動，嚴(yán)重影響加工精度，甚至造成安全事故。

本發(fā)明主要通過設(shè)計簡單巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)功能。目前比較成熟的結(jié)構(gòu)有螺桿式和推動式兩種。

螺紋車刀高度調(diào)節(jié)裝置是對緩沖刀片高度調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。原理是設(shè)計兩個對稱的固定塊，可以用螺釘安裝在一個固定的單個緩沖葉片下。通過轉(zhuǎn)動螺釘，使緩沖刀片的高度上下變化，從而實現(xiàn)車刀高度調(diào)節(jié)的功能[1，2]。其優(yōu)點是調(diào)整精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的墊刀疊加。高度調(diào)節(jié)的變量可以通過計算螺桿的旋轉(zhuǎn)角度來獲得，而不使用多層墊刀片進(jìn)行疊加。它的缺點是器件的穩(wěn)定性不高。因為高度調(diào)整時兩側(cè)螺絲的高度必須一致，為了保證兩側(cè)螺絲的高度誤差不超過規(guī)定的范圍，需要對螺絲進(jìn)行校正，否則會造成車刀的振動和跑偏。

推車刀高度調(diào)節(jié)裝置采用兩個楔形滑塊配合斜面實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)。上滑塊攜帶車刀，下滑塊在螺絲的推動下可以滑動。上下滑塊配合斜面的接觸位置不同，對應(yīng)的車刀高度也不同[3-5]。它具有調(diào)節(jié)精度高、車刀高度連續(xù)變化、比螺旋式高度調(diào)節(jié)裝置穩(wěn)定性好的優(yōu)點，通過設(shè)計合理的斜面角度可以獲得高度調(diào)節(jié)精度。它的缺點是滑塊的行程不能很長，兩個滑塊的斜面接觸面積越小，裝置的整體穩(wěn)定性越差，所以裝置的整體尺寸會受到很大的限制，適用性不高。

綜上所述，車刀的高度調(diào)節(jié)是通過設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，具有靈活性強、調(diào)節(jié)精度高、工作效率高的顯著特點，是該類裝置研發(fā)的主流方向。

03

結(jié)構(gòu)設(shè)計

本設(shè)計是一種車刀高度調(diào)節(jié)裝置，由連桿、支架、驅(qū)動輪、凸輪臺、刀墊塊、刀架外殼和緊固螺釘組成，其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。刀架殼體上設(shè)有用于緊固車刀和刀墊塊的內(nèi)螺紋孔；刀架右側(cè)的壁板緊貼凸輪臺，用于定位和支撐凸輪臺。凸輪臺上設(shè)計有凸弧輪廓，用于與刀塊上的凹弧輪廓形成精密配合。墊塊用于承載車刀，其圓弧段設(shè)計有小圓孔與連桿配合。驅(qū)動輪用于輸出扭矩。主動輪由軸支撐在支架上，主動輪上還設(shè)計有小圓孔，用于與連桿配合。連桿連接驅(qū)動輪和刀墊塊以傳遞扭矩。

04

操作原理

驅(qū)動輪、凸輪臺和刀盤上的圓弧設(shè)計成同心圓。驅(qū)動輪在支架上轉(zhuǎn)動，其輸出扭矩通過連桿傳遞給刀墊塊。此時，刀墊塊將繞凸輪臺的外弧旋轉(zhuǎn)。由于驅(qū)動輪、凸輪臺和刀墊塊是同心圓，刀墊塊與驅(qū)動輪同角度旋轉(zhuǎn)。車刀安裝在墊塊上，隨著墊塊的轉(zhuǎn)動，車刀刀尖的高度會發(fā)生變化。當(dāng)?shù)都庹{(diào)整到與工件中心軸相等時，擰緊墊塊的緊固螺釘，固定墊塊的角度和位置。兩個車刀緊固螺釘?shù)妮S線關(guān)于驅(qū)動輪的中心對稱。擰緊墊塊緊固螺釘后，擰緊兩個車刀緊固螺釘，固定車刀，實現(xiàn)車刀扭矩平衡。

刀頭的高度值和驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)角度值之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下:

y=Arsinθ

式中，y是車刀刀尖的高度(mm)；r是驅(qū)動輪的半徑(mm)；θ是主動旋轉(zhuǎn)的角度；是a y與rsinθ之間的相關(guān)系數(shù)。

在實踐中，只有通過調(diào)節(jié)驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)角度才能計算出刀尖的精確高度。

05

結(jié)束語

該裝置的結(jié)構(gòu)完全不同于以往的同類產(chǎn)品，可以實現(xiàn)車刀高度的連續(xù)調(diào)節(jié)。具有使用簡單靈活、調(diào)節(jié)精度高、效率高、適用性強、維護(hù)成本低的優(yōu)點。這種裝置的使用需要與之相匹配的刀架設(shè)計。另外，考慮到使用中穩(wěn)定性的要求，這種裝置不適合承受較大的切削力和沖擊力。在未來的優(yōu)化中，如何實現(xiàn)該器件的小型化，進(jìn)一步提高其穩(wěn)定性，值得重點關(guān)注。