转轮式车刀高度调节装置的结构设计

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前言

车削时，车刀刀尖应与被加工工件的中心轴线相等，这样可以保证车刀刀尖始终与工件外表面最高点接触。如果刀尖高于或低于工件的中心轴线，不仅会损坏车刀，还会造成较大的加工误差，影响产品的加工质量。因此，车刀高度调节装置是保证车床加工精度的一系列装置中的重要组成部分，也是工程技术人员应该重点研发的一类车床配件。

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相关产品的特性

为了调节车刀的高度，工程技术人员设计开发了各种类型的高度调节装置，并成功应用于普通车床和数控车床，部分产品取得了良好的效果。根据该类产品研发和使用的时间顺序，车刀高度调节装置可分为传统型和改进创新型两大类，其特点分析如下。

传统车刀的高度调节装置是垫刀，高度调节方法是垫刀叠加法。使用缓冲刀片调节车刀高度的优缺点是显而易见的。其优点是缓冲叶片制作简单，制造和使用成本低，适用性强，已得到广泛应用。其缺点是垫刀没有固定的规格，使用时互换性差。使用垫刀调整车刀高度时，需要大量的准备和调整时间，极大地影响了工作效率。另外，如果垫刀层数较多，会直接影响车刀的稳定性，加工时容易出现车刀的滑动和振动，严重影响加工精度，甚至造成安全事故。

本发明主要通过设计简单巧妙的机械结构来实现高度调节功能。目前比较成熟的结构有螺杆式和推动式两种。

螺纹车刀高度调节装置是对缓冲刀片高度调节的结构改进。原理是设计两个对称的固定块，可以用螺钉安装在一个固定的单个缓冲叶片下。通过转动螺钉，使缓冲刀片的高度上下变化，从而实现车刀高度调节的功能[1，2]。其优点是调整精度远高于传统的垫刀叠加。高度调节的变量可以通过计算螺杆的旋转角度来获得，而不使用多层垫刀片进行叠加。它的缺点是器件的稳定性不高。因为高度调整时两侧螺丝的高度必须一致，为了保证两侧螺丝的高度误差不超过规定的范围，需要对螺丝进行校正，否则会造成车刀的振动和跑偏。

推车刀高度调节装置采用两个楔形滑块配合斜面实现高度调节。上滑块携带车刀，下滑块在螺丝的推动下可以滑动。上下滑块配合斜面的接触位置不同，对应的车刀高度也不同[3-5]。它具有调节精度高、车刀高度连续变化、比螺旋式高度调节装置稳定性好的优点，通过设计合理的斜面角度可以获得高度调节精度。它的缺点是滑块的行程不能很长，两个滑块的斜面接触面积越小，装置的整体稳定性越差，所以装置的整体尺寸会受到很大的限制，适用性不高。

综上所述，车刀的高度调节是通过设计机械结构来实现的，具有灵活性强、调节精度高、工作效率高的显著特点，是该类装置研发的主流方向。

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结构设计

本设计是一种车刀高度调节装置，由连杆、支架、驱动轮、凸轮台、刀垫块、刀架外壳和紧固螺钉组成，其结构如图1和图2所示。刀架壳体上设有用于紧固车刀和刀垫块的内螺纹孔；刀架右侧的壁板紧贴凸轮台，用于定位和支撑凸轮台。凸轮台上设计有凸弧轮廓，用于与刀块上的凹弧轮廓形成精密配合。垫块用于承载车刀，其圆弧段设计有小圆孔与连杆配合。驱动轮用于输出扭矩。主动轮由轴支撑在支架上，主动轮上还设计有小圆孔，用于与连杆配合。连杆连接驱动轮和刀垫块以传递扭矩。

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操作原理

驱动轮、凸轮台和刀盘上的圆弧设计成同心圆。驱动轮在支架上转动，其输出扭矩通过连杆传递给刀垫块。此时，刀垫块将绕凸轮台的外弧旋转。由于驱动轮、凸轮台和刀垫块是同心圆，刀垫块与驱动轮同角度旋转。车刀安装在垫块上，随着垫块的转动，车刀刀尖的高度会发生变化。当刀尖调整到与工件中心轴相等时，拧紧垫块的紧固螺钉，固定垫块的角度和位置。两个车刀紧固螺钉的轴线关于驱动轮的中心对称。拧紧垫块紧固螺钉后，拧紧两个车刀紧固螺钉，固定车刀，实现车刀扭矩平衡。

刀头的高度值和驱动轮的旋转角度值之间的数学关系如下:

y=Arsinθ

式中，y是车刀刀尖的高度(mm)；r是驱动轮的半径(mm)；θ是主动旋转的角度；是a y与rsinθ之间的相关系数。

在实践中，只有通过调节驱动轮的旋转角度才能计算出刀尖的精确高度。

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结束语

该装置的结构完全不同于以往的同类产品，可以实现车刀高度的连续调节。具有使用简单灵活、调节精度高、效率高、适用性强、维护成本低的优点。这种装置的使用需要与之相匹配的刀架设计。另外，考虑到使用中稳定性的要求，这种装置不适合承受较大的切削力和冲击力。在未来的优化中，如何实现该器件的小型化，进一步提高其稳定性，值得重点关注。