車削中心及動力刀座

車削中心（另稱為車銑復(fù)合機(jī)，車銑中心）一般是采用由固定刀座完成工件的外圓，端面及鉆中心孔，鏜、絞等工藝，而由動力刀塔上的動力刀座與主軸的C軸功能配合，完成工件的銑削，鉆孔，攻絲，滾齒，軋花等功能。適合在車削中心上完成的工件是：

１：要求一次裝夾，完成全部加工，以保證工件精度。

２：工件以車削為主（60%~95%）,銑削等為輔（5%~40%）。

車削中心的形式　常見的是臥式的，也有立式的，還有倒立式的。

單主軸，單刀塔（上刀塔T），刀塔分為帶Y軸和不帶Y軸，目前以不帶Y軸的居多。

雙主軸（帶副主軸S）,單刀塔

雙主軸　雙刀塔，甚至三刀塔。

刀塔還分為盤式刀塔（Disc Turret）和星形刀塔（Star Turret）

盤式刀塔（Disc Turret）:刀座裝在刀盤的軸面上，是最早出現(xiàn)的，刀塔形式，在單主軸單刀塔的車削中心上常用。.局限性，刀具之間容易相互干涉，可加工的工件直徑尺寸較小。不適于副主軸的上背向加工。

星形刀塔（Star Turret）刀座安裝在刀盤的圓周上，呈星形分布，這是一種新型的刀塔結(jié)構(gòu)，它克服了傳統(tǒng)的盤式刀塔的限制，刀具之間相隔比較遠(yuǎn)，干涉小，同等的刀盤直徑，可加工的工件直徑增大20%~40%,同時它也適合完成副主軸上工件的背向加工。這種形式的刀塔在雙主軸，多刀塔的車削中心上廣泛采用。是今后發(fā)展的趨勢。

 

刀塔和刀座之間的接口方式也主要分VDI（DIN69880）和BMT(Bolt-on,螺栓緊固)兩種。

VDI接口，是通過一個斜鍥與刀座尾部的鋸齒嚙合，將刀座固定在刀塔上的方式，出現(xiàn)得比較早，能夠?qū)崿F(xiàn)刀座在刀塔上的快速更快，接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，生產(chǎn)廠家多，但接口的剛性和重復(fù)定位精度已成為制約動力刀座的瓶頸。

BMT接口，是用四根螺栓將刀座與刀塔固定，剛性強(qiáng)，重復(fù)定位精度高。但刀座更換相對比較麻煩，另這種接口出現(xiàn)時間較晚，目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個廠家都有各自不同的BMT接口。不能互換。生產(chǎn)的廠家還比較少。

 

動力刀座的分類

根據(jù)結(jié)構(gòu)和外形：0°（直柄）、90°（直角）、直角后縮（又稱位短式）、其他特殊結(jié)構(gòu)刀座

根據(jù)冷卻方式分：外冷、外冷＋內(nèi)冷（中心冷）

根據(jù)輸入輸出轉(zhuǎn)速比：等速、升速、降速

 

目前動力刀座使用中遇到的問題

１：動力刀座剛性不夠，重復(fù)定位精度低，工藝轉(zhuǎn)換時，調(diào)整時間長，造成機(jī)床利用效率低下。

２：動力刀座只能用ER彈簧夾頭夾持工具，由于ER夾頭帶來的誤差疊加，造成刀座加工精度受限。另外，由于ER夾頭的夾緊力有限，夾持Ø16以上的刀桿時，刀具容易打滑，刀尖的跳動也比較大。對于刀具壽命和加工效率而言無疑是個很重要的瓶頸。另外，ER夾頭了夾持的刀具類型很有限，只能進(jìn)行簡單的鉆，銑等操作�？蛻粜枰�另外購買專用的面銑刀動力刀座等，刀座投資大。如何解決ER夾頭帶來的問題。擴(kuò)展動力刀座的使用范圍，并做到“一座多能”，是各大動力刀座生產(chǎn)商積極尋求解決方案的方向。

 

 

考察評價動力刀座的指標(biāo)

轉(zhuǎn)速：反映刀座的加工效率

扭矩：考察刀座能承載的切削力。影響銑削深度，鉆孔，攻絲直徑等指標(biāo)。動力刀座所采用的軸承類型對扭矩影響很大。一般采用角接觸球軸承，耐過載能力較差，容易在球表面形成死點(diǎn)，導(dǎo)致動力刀座精度降低。現(xiàn)在也有廠家采用雙圓錐滾子軸承，其負(fù)載能力大大加強(qiáng)，但同時要解決好轉(zhuǎn)速和噪音和溫升問題，就要求動力刀座腔體的精度和裝配的精度非常高，才能保證高轉(zhuǎn)速、大扭矩、溫升和噪音控制等目標(biāo)的同時實現(xiàn)。

剛性：是機(jī)床—刀塔－刀座－刀桿－刀片－工件整個刀鏈系統(tǒng)上的重要環(huán)節(jié)。直接決定刀鏈系統(tǒng)的剛性。

精度：刀座自身的精度：軸向跳動，徑向跳動，心軸的位置精度，平行度等

刀座在刀塔上的定位精度和重復(fù)定位精度。分別反映刀座在刀塔安裝位置的精度和重復(fù)拆裝后的定位精度，分別影響工件的加工精度和機(jī)床的調(diào)整時間。

使用壽命：動力刀座是車削中心上使用得非常頻繁的功能部件，其使用壽命刀座本身的制造質(zhì)量以及與后期正確的使用方法及合理的保養(yǎng)十分有關(guān)。

溫升：刀座工作時溫度升高的程度。

噪音：刀座旋轉(zhuǎn)時的噪音，反映心軸和軸承的旋轉(zhuǎn)振動。

接口的靈活性：希望能除了用彈簧夾頭以外，能有其他多種類型的接柄連接刀具。

 

 

動力刀座的三個發(fā)展階段

動力刀座從誕生發(fā)展到現(xiàn)在有了幾十年的歷史，其發(fā)展經(jīng)歷了三代。

第一代動力刀座，分體式的，其尾部和刀座本體通過四個螺栓連接，這樣制造裝配比較容易，但刀座的剛性不強(qiáng)，精度不高。扭矩也較小，轉(zhuǎn)速低，不超過3000rpm，冷卻方式也只能有外冷。密封性差，容易發(fā)生冷卻液滲漏，造成刀座內(nèi)部損壞。這是早期的動力刀座產(chǎn)品，目前用在入門級的車削中心上。

第二代動力刀座：整體式的，整個刀座本體是一個整體，這樣制造裝配難度加大，但刀座的剛性和精度大大提高，扭矩增大。轉(zhuǎn)速提高到6000rpm, 有中心冷功能。這是目前市場上存在最多的動力刀座。它只能采用ER彈簧夾頭，夾持鉆頭，立銑刀等刀具，可加工的范圍比較窄，同時由于ER夾頭的限制，刀鏈系統(tǒng)的整個剛性和精度很難提高。這成為制約動力刀座發(fā)揮功能的最后瓶頸。

第三代動力刀座：

針對第二代刀座的不足，在保持刀鏈系統(tǒng)的剛性和精度基礎(chǔ)上，增加一種PRECI-FLEX精靈快換系統(tǒng)接口，這種接口是一種剛性連接接口，采用了短錐和平面的配合定位，具有很高的精度（重復(fù)定位精度小于5μm）,并且具有極高的剛性。更可貴的是這種接柄的錐度是DIN6499的和ER彈簧夾頭的錐度相同，這樣能夠保證彈簧夾頭在這種接口的刀座上能繼續(xù)使用，保護(hù)了客戶的已有投資。第三代帶快換接口的刀座的出現(xiàn)，快換接柄的剛性和高精度連接替代了ER夾頭的柔性連接，使得整個刀鏈系統(tǒng)的瓶頸被打破，整個刀鏈系統(tǒng)的精度和剛性大大提高。同時也使得動力刀座“一座多能”，能夠快速精確地實現(xiàn)鉆、立銑，面銑、絞，磨等功能的轉(zhuǎn)換，大大擴(kuò)展了已有刀座的加工范圍，可以發(fā)揮出與小型加工中心主軸相當(dāng)?shù)墓π�，并且有效地降低昂貴的刀座固定投資。這將成為未來動力刀座發(fā)展的方向。

 

PRECI-FLEX快換系統(tǒng)－第三代動力刀座的代表

PRECI-FLEX快換系統(tǒng)由德國瑞品有限公司（ESA EPPINGER GmbH）開發(fā)并獲得專利的技術(shù)。德國瑞品有限公司是一家世界領(lǐng)先的車削中心動力刀座專業(yè)生產(chǎn)商，

德國瑞品的動力刀座具有如下特點(diǎn)：

刀座采用整體式設(shè)計，刀座剛性好，精度高。

采用帶預(yù)緊的雙圓錐滾子軸承，交采用角接觸球軸承的刀座有更大的過負(fù)載能力和較長的壽命。

PRECI-FLEX快換接口可以兼容ER夾頭，第三代動力刀座可以兼容第二代刀座，既可以保護(hù)客戶先前的投資，又能兼顧今后的技術(shù)拓展。

這種接口的動力刀座在德馬吉，哈挺，哈斯，斗山，馬扎克，大隈，因代克斯，斯賓納，肖布林等世界知名的車削中心上均已得到成功應(yīng)用。

通過降低機(jī)床停機(jī)時間，改善切削參數(shù)，延長刀具壽命，降低廢品率，減少動力刀座的投資等方面幫客戶降低成本，可以使單件的成本下降20%。

 

對于VDI接口的動力刀座，在一次調(diào)整后，工藝轉(zhuǎn)換時，無需將刀座頻繁拆裝，只需要更換PRECI-FLEX精靈接柄，速度快，精度高，避免了重復(fù)調(diào)整動力刀座的帶來的長時間的機(jī)床停機(jī)。大大提高了生產(chǎn)效率，降低了單件成本。

對于BMT接口的動力刀座，刀座拆裝耗時長，現(xiàn)在同樣不須更換刀座本體，只需要簡單更換前端接柄即可。

同時，這種接柄可以離線對刀，在一臺集中的對刀儀上完成所有刀具刀長的設(shè)定，并可實時地將刀長參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到相應(yīng)的車削中心上，在更換工序時，操作工人只需簡單地將已經(jīng)安裝好刀具的PRECI-FLEX精靈接柄換裝到對應(yīng)刀位的動力刀座上，馬上就可以開始下一工序的加工。大大降低機(jī)床停機(jī)和刀座對刀調(diào)整時間。同時一臺對刀儀可以同時為多臺車削中心提供對刀服務(wù)。這種現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式，對于需要提高生產(chǎn)效率，降低固定投資的客戶而言，具有很大的吸引力。目前越來越多的機(jī)床用戶開始引進(jìn)這種信息化、集約化、自動化的生產(chǎn)組織模式。

 

 

特殊的動力刀座

假Y軸動力刀座　

對于沒有Y軸的車削中心，有時會遇到偏離主軸中心的鉆孔，銑槽，銑平面等工藝，我們可以采用假Y軸動力刀座，可手動地調(diào)節(jié)刀具的加工平面，將其沿Y軸方向平移某個特定的數(shù)值，并完成相應(yīng)的加工。

Y軸方向偏移刀座

對于Y軸方向行程不夠的情況下，采用Y軸方向偏移刀座可以補(bǔ)償Y軸行程。

內(nèi)環(huán)鍵槽加工刀座

以往此種工件需要在插床或拉床上完成，現(xiàn)在只需這種刀座可以輕松完成。

滾齒刀座

對于軸類零件，有很小一段的直齒需要加工的情況下，采用滾齒刀座可以一次性地完成加工，適合于加工模數(shù)小于2的齒形。

U鉆

采用內(nèi)冷的動力刀座，配合帶內(nèi)冷的快換接柄，可以實現(xiàn)U鉆。

可調(diào)角度刀座

用于加工不同角度的斜

車削中心（另稱為車銑復(fù)合機(jī)，車銑中心）一般是采用由固定刀座完成工件的外圓，端面及鉆中心孔，鏜、絞等工藝，而由動力刀塔上的動力刀座與主軸的C軸功能配合，完成工件的銑削，鉆孔，攻絲，滾齒，軋花等功能。適合在車削中心上完成的工件是：

１：要求一次裝夾，完成全部加工，以保證工件精度。

２：工件以車削為主（60%~95%）,銑削等為輔（5%~40%）。

車削中心的形式　常見的是臥式的，也有立式的，還有倒立式的。

單主軸，單刀塔（上刀塔T），刀塔分為帶Y軸和不帶Y軸，目前以不帶Y軸的居多。

雙主軸（帶副主軸S）,單刀塔

雙主軸　雙刀塔，甚至三刀塔。

刀塔還分為盤式刀塔（Disc Turret）和星形刀塔（Star Turret）

盤式刀塔（Disc Turret）:刀座裝在刀盤的軸面上，是最早出現(xiàn)的，刀塔形式，在單主軸單刀塔的車削中心上常用。.局限性，刀具之間容易相互干涉，可加工的工件直徑尺寸較小。不適于副主軸的上背向加工。

星形刀塔（Star Turret）刀座安裝在刀盤的圓周上，呈星形分布，這是一種新型的刀塔結(jié)構(gòu)，它克服了傳統(tǒng)的盤式刀塔的限制，刀具之間相隔比較遠(yuǎn)，干涉小，同等的刀盤直徑，可加工的工件直徑增大20%~40%,同時它也適合完成副主軸上工件的背向加工。這種形式的刀塔在雙主軸，多刀塔的車削中心上廣泛采用。是今后發(fā)展的趨勢。

 

刀塔和刀座之間的接口方式也主要分VDI（DIN69880）和BMT(Bolt-on,螺栓緊固)兩種。

VDI接口，是通過一個斜鍥與刀座尾部的鋸齒嚙合，將刀座固定在刀塔上的方式，出現(xiàn)得比較早，能夠?qū)崿F(xiàn)刀座在刀塔上的快速更快，接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，生產(chǎn)廠家多，但接口的剛性和重復(fù)定位精度已成為制約動力刀座的瓶頸。

BMT接口，是用四根螺栓將刀座與刀塔固定，剛性強(qiáng)，重復(fù)定位精度高。但刀座更換相對比較麻煩，另這種接口出現(xiàn)時間較晚，目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個廠家都有各自不同的BMT接口。不能互換。生產(chǎn)的廠家還比較少。

 

動力刀座的分類

根據(jù)結(jié)構(gòu)和外形：0°（直柄）、90°（直角）、直角后縮（又稱位短式）、其他特殊結(jié)構(gòu)刀座

根據(jù)冷卻方式分：外冷、外冷＋內(nèi)冷（中心冷）

根據(jù)輸入輸出轉(zhuǎn)速比：等速、升速、降速

 

目前動力刀座使用中遇到的問題

１：動力刀座剛性不夠，重復(fù)定位精度低，工藝轉(zhuǎn)換時，調(diào)整時間長，造成機(jī)床利用效率低下。

２：動力刀座只能用ER彈簧夾頭夾持工具，由于ER夾頭帶來的誤差疊加，造成刀座加工精度受限。另外，由于ER夾頭的夾緊力有限，夾持Ø16以上的刀桿時，刀具容易打滑，刀尖的跳動也比較大。對于刀具壽命和加工效率而言無疑是個很重要的瓶頸。另外，ER夾頭了夾持的刀具類型很有限，只能進(jìn)行簡單的鉆，銑等操作�？蛻粜枰�另外購買專用的面銑刀動力刀座等，刀座投資大。如何解決ER夾頭帶來的問題。擴(kuò)展動力刀座的使用范圍，并做到“一座多能”，是各大動力刀座生產(chǎn)商積極尋求解決方案的方向。

 

 

考察評價動力刀座的指標(biāo)

轉(zhuǎn)速：反映刀座的加工效率

扭矩：考察刀座能承載的切削力。影響銑削深度，鉆孔，攻絲直徑等指標(biāo)。動力刀座所采用的軸承類型對扭矩影響很大。一般采用角接觸球軸承，耐過載能力較差，容易在球表面形成死點(diǎn)，導(dǎo)致動力刀座精度降低�，F(xiàn)在也有廠家采用雙圓錐滾子軸承，其負(fù)載能力大大加強(qiáng)，但同時要解決好轉(zhuǎn)速和噪音和溫升問題，就要求動力刀座腔體的精度和裝配的精度非常高，才能保證高轉(zhuǎn)速、大扭矩、溫升和噪音控制等目標(biāo)的同時實現(xiàn)。

剛性：是機(jī)床—刀塔－刀座－刀桿－刀片－工件整個刀鏈系統(tǒng)上的重要環(huán)節(jié)。直接決定刀鏈系統(tǒng)的剛性。

精度：刀座自身的精度：軸向跳動，徑向跳動，心軸的位置精度，平行度等

刀座在刀塔上的定位精度和重復(fù)定位精度。分別反映刀座在刀塔安裝位置的精度和重復(fù)拆裝后的定位精度，分別影響工件的加工精度和機(jī)床的調(diào)整時間。

使用壽命：動力刀座是車削中心上使用得非常頻繁的功能部件，其使用壽命刀座本身的制造質(zhì)量以及與后期正確的使用方法及合理的保養(yǎng)十分有關(guān)。

溫升：刀座工作時溫度升高的程度。

噪音：刀座旋轉(zhuǎn)時的噪音，反映心軸和軸承的旋轉(zhuǎn)振動。

接口的靈活性：希望能除了用彈簧夾頭以外，能有其他多種類型的接柄連接刀具。

 

 

動力刀座的三個發(fā)展階段

動力刀座從誕生發(fā)展到現(xiàn)在有了幾十年的歷史，其發(fā)展經(jīng)歷了三代。

第一代動力刀座，分體式的，其尾部和刀座本體通過四個螺栓連接，這樣制造裝配比較容易，但刀座的剛性不強(qiáng)，精度不高。扭矩也較小，轉(zhuǎn)速低，不超過3000rpm，冷卻方式也只能有外冷。密封性差，容易發(fā)生冷卻液滲漏，造成刀座內(nèi)部損壞。這是早期的動力刀座產(chǎn)品，目前用在入門級的車削中心上。

第二代動力刀座：整體式的，整個刀座本體是一個整體，這樣制造裝配難度加大，但刀座的剛性和精度大大提高，扭矩增大。轉(zhuǎn)速提高到6000rpm, 有中心冷功能。這是目前市場上存在最多的動力刀座。它只能采用ER彈簧夾頭，夾持鉆頭，立銑刀等刀具，可加工的范圍比較窄，同時由于ER夾頭的限制，刀鏈系統(tǒng)的整個剛性和精度很難提高。這成為制約動力刀座發(fā)揮功能的最后瓶頸。

第三代動力刀座：

針對第二代刀座的不足，在保持刀鏈系統(tǒng)的剛性和精度基礎(chǔ)上，增加一種PRECI-FLEX精靈快換系統(tǒng)接口，這種接口是一種剛性連接接口，采用了短錐和平面的配合定位，具有很高的精度（重復(fù)定位精度小于5μm）,并且具有極高的剛性。更可貴的是這種接柄的錐度是DIN6499的和ER彈簧夾頭的錐度相同，這樣能夠保證彈簧夾頭在這種接口的刀座上能繼續(xù)使用，保護(hù)了客戶的已有投資。第三代帶快換接口的刀座的出現(xiàn)，快換接柄的剛性和高精度連接替代了ER夾頭的柔性連接，使得整個刀鏈系統(tǒng)的瓶頸被打破，整個刀鏈系統(tǒng)的精度和剛性大大提高。同時也使得動力刀座“一座多能”，能夠快速精確地實現(xiàn)鉆、立銑，面銑、絞，磨等功能的轉(zhuǎn)換，大大擴(kuò)展了已有刀座的加工范圍，可以發(fā)揮出與小型加工中心主軸相當(dāng)?shù)墓π�，并且有效地降低昂貴的刀座固定投資。這將成為未來動力刀座發(fā)展的方向。

 

PRECI-FLEX快換系統(tǒng)－第三代動力刀座的代表

PRECI-FLEX快換系統(tǒng)由德國瑞品有限公司（ESA EPPINGER GmbH）開發(fā)并獲得專利的技術(shù)。德國瑞品有限公司是一家世界領(lǐng)先的車削中心動力刀座專業(yè)生產(chǎn)商，

德國瑞品的動力刀座具有如下特點(diǎn)：

刀座采用整體式設(shè)計，刀座剛性好，精度高。

采用帶預(yù)緊的雙圓錐滾子軸承，交采用角接觸球軸承的刀座有更大的過負(fù)載能力和較長的壽命。

PRECI-FLEX快換接口可以兼容ER夾頭，第三代動力刀座可以兼容第二代刀座，既可以保護(hù)客戶先前的投資，又能兼顧今后的技術(shù)拓展。

這種接口的動力刀座在德馬吉，哈挺，哈斯，斗山，馬扎克，大隈，因代克斯，斯賓納，肖布林等世界知名的車削中心上均已得到成功應(yīng)用。

通過降低機(jī)床停機(jī)時間，改善切削參數(shù)，延長刀具壽命，降低廢品率，減少動力刀座的投資等方面幫客戶降低成本，可以使單件的成本下降20%。

 

對于VDI接口的動力刀座，在一次調(diào)整后，工藝轉(zhuǎn)換時，無需將刀座頻繁拆裝，只需要更換PRECI-FLEX精靈接柄，速度快，精度高，避免了重復(fù)調(diào)整動力刀座的帶來的長時間的機(jī)床停機(jī)。大大提高了生產(chǎn)效率，降低了單件成本。

對于BMT接口的動力刀座，刀座拆裝耗時長，現(xiàn)在同樣不須更換刀座本體，只需要簡單更換前端接柄即可。

同時，這種接柄可以離線對刀，在一臺集中的對刀儀上完成所有刀具刀長的設(shè)定，并可實時地將刀長參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到相應(yīng)的車削中心上，在更換工序時，操作工人只需簡單地將已經(jīng)安裝好刀具的PRECI-FLEX精靈接柄換裝到對應(yīng)刀位的動力刀座上，馬上就可以開始下一工序的加工。大大降低機(jī)床停機(jī)和刀座對刀調(diào)整時間。同時一臺對刀儀可以同時為多臺車削中心提供對刀服務(wù)。這種現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式，對于需要提高生產(chǎn)效率，降低固定投資的客戶而言，具有很大的吸引力。目前越來越多的機(jī)床用戶開始引進(jìn)這種信息化、集約化、自動化的生產(chǎn)組織模式。

 

 

特殊的動力刀座

假Y軸動力刀座　

對于沒有Y軸的車削中心，有時會遇到偏離主軸中心的鉆孔，銑槽，銑平面等工藝，我們可以采用假Y軸動力刀座，可手動地調(diào)節(jié)刀具的加工平面，將其沿Y軸方向平移某個特定的數(shù)值，并完成相應(yīng)的加工。

Y軸方向偏移刀座

對于Y軸方向行程不夠的情況下，采用Y軸方向偏移刀座可以補(bǔ)償Y軸行程。

內(nèi)環(huán)鍵槽加工刀座

以往此種工件需要在插床或拉床上完成，現(xiàn)在只需這種刀座可以輕松完成。

滾齒刀座

對于軸類零件，有很小一段的直齒需要加工的情況下，采用滾齒刀座可以一次性地完成加工，適合于加工模數(shù)小于2的齒形。

U鉆

采用內(nèi)冷的動力刀座，配合帶內(nèi)冷的快換接柄，可以實現(xiàn)U鉆。

可調(diào)角度刀座

用于加工不同角度的斜孔

鋸片銑刀刀座

雙頭刀座及多頭刀座

孔

鋸片銑刀刀座

雙頭刀座及多頭刀座