四工位自動刀架結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、品種多且規(guī)格全，可滿足我國經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床、簡易數(shù)控和電子車床的使用要求。然而，在長期使用中尤其是大批量生產(chǎn)使用中，暴露出較為嚴(yán)重的缺陷，如：刀架不能起動，刀架連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、到位不停，刀架越位過沖或轉(zhuǎn)不到位，以及不能正常夾緊等。為了解決四工位自動刀架在加工中存在的這些問題，筆者設(shè)計(jì)了一種不換刀位即可完成內(nèi)外徑加工的刀具。

筆者公司某零件內(nèi)外徑加工要求：內(nèi)徑76mm，外徑130mm，頭部有R400mm圓弧需要加工，加工余量較大，如圖1所示。原加工工藝為1號外圓弧車刀、3號端面內(nèi)孔車刀分別加工外圓弧及端面內(nèi)孔，1號刀位加工完成后需經(jīng)過2號刀位換刀后換到3號刀位，3號刀位加工完成后需經(jīng)過4號刀位換刀換到1號刀位，1～4號刀位刀架如圖2所示。這種方式空運(yùn)行時(shí)間較長，同時(shí)由于頻繁刀位轉(zhuǎn)換導(dǎo)致刀架定位銷磨損，切削液的使用導(dǎo)致?lián)Q位接觸盤接觸不良，因此故障率較高且維修困難，維修后故障重復(fù)率較高，刀位經(jīng)常歸位不準(zhǔn)確，造成廢品^[1,2]。此外順序換刀使用兩種型號刀片（見圖3），增加了生產(chǎn)成本。

圖1　零件結(jié)構(gòu)及尺寸

圖2　1～4號刀位刀架

a）外圓加工刀片

b）內(nèi)孔加工刀片

圖3　兩種型號刀片

通過工藝分析和優(yōu)化，設(shè)計(jì)出復(fù)式組合刀具（見圖4、圖5）。該復(fù)式組合刀具是在一個(gè)刀體上設(shè)置兩個(gè)刀片安裝位，其下刀位對端面內(nèi)孔進(jìn)行加工，上刀位加工R400mm外圓弧，刀具寬度為60mm。此刀具可加工φ65mm以上內(nèi)孔，適用于加工外徑，該刀具兩個(gè)刀位共用CNMG120412刀片（見圖6），采用上壓鎖緊方式^[3]，這種鎖緊方式適用于大進(jìn)給量切削，端面內(nèi)孔使用80°刀片尖角，外圓弧使用其側(cè)邊100°余角，當(dāng)下刀位刀片磨損后可給上刀位使用。

圖4　復(fù)式組合刀具結(jié)構(gòu)

圖5　復(fù)式組合刀具實(shí)物

圖6　CNMG120412刀片

該復(fù)式組合刀具80°與100°刀片尖角的主要參數(shù)見表1。

表1　80°與100°刀片尖角的主要參數(shù)

用新設(shè)計(jì)的復(fù)式組合刀具進(jìn)行試加工，可加工的零件數(shù)量有較大提高，且刀具單價(jià)下降，批量生產(chǎn)中具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。加工現(xiàn)場如圖7所示。

圖7　加工現(xiàn)場

刀具兩個(gè)刀尖相對位置是固定的，刀具在一個(gè)工位上可以設(shè)定兩組刀具偏置號——T0101、T0102，各取自用互不影響，下刀位T0101加工完成端面內(nèi)孔時(shí)，返回安全換刀點(diǎn)后換上刀位T0102號繼續(xù)加工外圓弧，使其在一個(gè)工位上一次完成產(chǎn)品內(nèi)外加工，其內(nèi)外尺寸刀補(bǔ)調(diào)整靈活方便^[4,5]，程序如下。

00120

G98G54G21G40;

M03S500;

T0101;1號刀補(bǔ)下刀位加工

G0X200Z0;

......

G0X200Z100;

T0102;2號刀補(bǔ)上刀位加工

G0X120Z0;

……

M30

1）刀體長寬為170mm×60mm，由四方刀臺上3個(gè)緊固螺栓固定，因此刀體強(qiáng)度高，裝夾穩(wěn)定，抗振性好。通過試驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，此刀具適合大切削量加工，切削次數(shù)由原來的兩次提升為一次，有效提高了加工效率，且零件表面質(zhì)量穩(wěn)定。

2）由于復(fù)式組合刀具是在刀臺一個(gè)工位上安裝，因此加工中不需換刀旋轉(zhuǎn)刀臺，解決了頻繁轉(zhuǎn)位換刀造成的故障問題，降低了設(shè)備使用故障率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量與加工效率。

3）復(fù)式組合刀具共用一種型號刀片，尤其外圓弧是利用廢棄刀片側(cè)邊100°余角來加工，有效降低了成本。通過復(fù)式組合刀具對兩個(gè)品種10000多件產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)該刀具與同組兩工位刀具對比有效提高了產(chǎn)量20%，且避免了因刀臺轉(zhuǎn)位產(chǎn)生的故障，與同組兩工位刀具對比節(jié)省240h以上，刀具費(fèi)用降低一半。

4）通過復(fù)式組合刀具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，為后續(xù)開發(fā)復(fù)式組合多用途刀具提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)保障。在此基礎(chǔ)上可以開發(fā)出內(nèi)外螺紋、切槽等多用途組合刀具，有效增加四方刀臺工位，同時(shí)使用4種復(fù)式組合刀具相當(dāng)于刀位數(shù)量提高一倍，使該數(shù)控設(shè)備更適用于復(fù)雜零件的生產(chǎn)加工。

復(fù)式組合刀具在生產(chǎn)中有效彌補(bǔ)了四方刀臺的使用缺陷，提高了加工效率，降低了刀具成本，并且有效減少了刀具庫存，優(yōu)化了工藝，提高了經(jīng)濟(jì)效益，使5S管理精益生產(chǎn)更加科學(xué)。