本文将着重在C轴动力刀塔与刀具座之配合接口,作一探讨,包括刀具座传动接口及刀具座固定接口两个部份。

  车铣复合之铣削功能,即是于车床的刀架上增加铣削轴功能,如下图所示,除原来的换刀机构外,还包括一组铣削动力轴之机构。

  一般动力刀塔换刀时,在刀盘转至下一个指定刀号前,除了刀架内部之轴连结器组需互相脱离外,刀架动力带动轴亦需与刀座传动轴脱离,刀盘方可转至下一个指定刀号位置,待刀盘转至下一个指定刀号位置后,刀架内部之轴连结器组再互相齿合定位,及刀架动力带动轴再与刀座传动轴齿合,如此刀架可藉由内部之油压缸,将轴连结器组稳固地齿合定位,以承受来自刀具座之切削力。而铣削轴将可由将伺服马达或主轴马达驱动,动力经由刀塔内部之传动机构,传至刀塔之铣削轴,再经由上述所提到的铣削轴与刀具座之传动接口之连结,将马达动力传至刀座,再传至刀具,进行铣削加工,此为动力刀塔之换刀流程与铣削轴动力传递之流程。

  目前动力刀塔大多数采用三片式轴连结器,三片式构造的防水性与防屑性均佳,换刀时,刀盘只需作旋转而不需作轴向的推出与拉回动作,有利于缩短换刀时间与伺服动力刀塔之机构设计。

  目前DIN 1809传动接口使用普遍,其传动轴为一字型,依此规范设计之C轴动力刀塔,其结构变得更为简单,其原因是换刀时,采用三片式轴连结器之刀盘只需作旋转而不需作轴向的推出与拉回动作,刀塔动力带动轴不需要如形式的接口,需要另外一组,可使刀塔动力带动轴与刀座传动接口脱离与齿合之油压缸,而是利用刀塔内部之环型沟槽,限制一字带动键于沟槽内部滑动,如下图所示。也因此,换刀时,一字带动键会与沟槽磨擦,而使该处磨耗,增加一字带动键与动力带动轴之间的间隙,影响刚性攻牙性能,因此,此种传动接口需注意,一字带动键与其配合沟槽间之润滑,以降低两者的磨耗,并适时作背隙补偿,以维持精度。

  而具有零点定位功能的DIN 5480接口,因具有专利的零点定位功能,换刀过程中之刀塔动力带动轴与刀座带动轴间之齿合较顺利与顺畅,逐渐广泛被使用。此零点定位功能,主要是刀座传动接口处,具有一零点定位卡榫,于刀座传动轴与刀架动力带动轴脱离的状态下,亦即该刀座位于非刀塔动力带动轴之铣削位置,刀座传动轴将因定位卡榫,而定位于零点位置,而无法转动,但是,当刀座位于刀塔动力带动轴之铣削位置,刀座传动轴将与刀架动力带动轴齿合,而使定位卡榫失效,刀座传动轴可以随刀架动力带动轴而转动,进行旋转铣削加工,因此,换刀时,只要控制刀架之铣削马达,让刀座带动轴与刀架动力带动轴停在零点位置,则动力带动轴可顺利且顺畅与刀座带动轴齿合,亦即刀座之带动轴与刀塔动力带动轴,每次均以相同角度脱离与齿合,不会因两者之间的齿合角度不正,而造成刀座之带动轴与刀塔动力带动轴之间的碰撞,不仅使两带动轴碰撞而受伤,且有时刀塔动力带动轴,必需同时低速转动与轴向进给,方可顺利齿合,而增加换刀时间。

  而DIN 5482接口,除了不具有零点定位功能及带动轴之齿数与大小不同外,与DIN 5480 接口相近,因其不具有零点定位功能,换刀时,刀座之带动轴与刀塔动力带动轴,无法以相同角度齿合,造成刀座之带动轴与刀塔动力带动轴之间的碰撞,不仅使两带动轴碰撞而受伤,且有时刀塔动力带动轴,必需同时低速转动与轴向进给,方可顺利齿合,而增加换刀时间。且因其接口与DIN 5480相近,因而渐有被DIN 5480接口取代之趋势。

  目前刀座结合接口的主要型式有VDI (德式快换刀座)方式,及BMT (Base Mount Tooling)方式两种,VDI方式有国际标准规范,结合接口之相关尺寸及切削水出水孔的大小与位置,均有明订,即依照此规范所制作的刀具座,均可互换使用,目前有较大的市占率,此种刀座固锁方式是藉由一只固定螺栓,使迫紧块之固定斜锲面, 将刀座固定于刀盘之固定孔中,因此,可以快速更换刀具座,节省换刀时间。又依照刀座固紧迫紧块与刀座固定孔的相对位置关系,可区分为左手刀塔与右手刀塔,其配合的刀具座也跟著区分为左手刀座与右手刀座。

  BMT方式,主要是工具机厂自行开发的动力刀塔为主,搭配其工具机的特性,可发挥其最大的功用,更能依客户的特殊加工需求,开发出特殊的刀具座,其刀座结合方式是藉由一至数个定位键定位及利用四支或多支固定螺栓,将刀座固定于刀盘上,而切削水出水孔的大小与位置,依照其实际需求而设计,可以是一处或是多处出水,此种结合方式之刚性较VDI方式佳,但是更换刀具座,需拆装四或多支固定螺栓,及从一至数个定位键中取下与安装,故较为费时,目前BMT方式并无国际标准规范,以明订结合接口之相关尺寸,故其刀具座均须依照各自工具机厂的规范来设计,因此,各厂家之刀具座不见得可以共享。

  本文主要介绍C轴动力刀塔与刀具座间之配合接口,不同的接口各有其优缺点,刀塔选用或设计时,除了考虑其优缺点外,尚需考虑刀具座的共享性,与特殊刀座的成本与是否取得容易,以避免造成使用者的负担。

  目前C轴动力刀塔与刀具座间之配合接口,以VDI (德式快换刀座)固定接口,及具有零点定位功能的DIN 5480传动接口为主流,目前公司已经成功开发出配合VT-II 20 之C轴的轴向动力刀塔,及配合VT-A26 第三代车床之C轴的轴向动力刀塔,以及后续开发,配合双主轴及Y轴机台使用的C轴之径向刀塔 ( 背向刀塔 ),均采用VDI (德式快换刀座)固定接口,及具有零点定位功能的DIN 5480传动接口为主。