關(guān)于數(shù)控車床鉆孔刀夾的設(shè)計(jì)研究

陳關(guān)洋　郁燁侃

摘 要：為提高數(shù)控車床鉆孔工藝實(shí)施效率，可以結(jié)合鉆孔生產(chǎn)實(shí)際需求，設(shè)計(jì)一專用夾具，提高產(chǎn)品加工綜合質(zhì)量。文章結(jié)合數(shù)控車床鉆孔工藝特點(diǎn)，對(duì)鉆孔刀夾設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；鉆孔刀夾；夾具

鉆孔是車床加工零件主要工藝之一，數(shù)控車床在進(jìn)行鉆孔加工時(shí)，與普通車床工藝相同，控制難度高且效率低，需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。數(shù)控車床零件加工過(guò)程中，刀架動(dòng)作的依據(jù)為零件輪廓軌跡以及加工工藝要求，然后對(duì)加工工藝進(jìn)行編程，最后由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行有效控制完成最終處理。這樣針對(duì)數(shù)控車床鉆孔刀夾進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就可以將鉸刀或者鉆頭等常用刀具安裝在車床刀架上作為一種專用夾具即可。

1 數(shù)控車床鉆孔刀夾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 刀具安裝位置

對(duì)數(shù)控車床鉆孔刀夾結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要提前做好各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的整理與分析，將其作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，提高設(shè)計(jì)方案的合理性與可操作性。即提前對(duì)鉆頭實(shí)際大小、形狀以及各結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行掌握，并通過(guò)綜合分析后確定一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將其作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后是否合格的評(píng)判依據(jù)。其中，對(duì)于刀具安裝位置的確定，要保證能夠在鉆孔處理時(shí)刀具可以靈活運(yùn)動(dòng)，提高加工工藝實(shí)施的有效性。一般情況下對(duì)于直徑在16mm以內(nèi)的鉆頭，可以將其外觀設(shè)計(jì)成為直柄形式，而直徑超過(guò)16mm的鉆頭，則可以將其外觀設(shè)計(jì)成為錐柄形式，滿足實(shí)際加工需求。對(duì)于直柄形式的小鉆頭，設(shè)計(jì)時(shí)可以選擇以圓柱外圍表面為定位基準(zhǔn)，常用配套定心設(shè)備作為定位元件將刀具夾緊，提高刀具安裝位置設(shè)計(jì)的合理性。

1.2 刀具夾緊方案

為提高零件鉆孔過(guò)程中工藝操作的有效性，在對(duì)鉆孔刀夾進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要保證刀具夾緊效果。鉆孔時(shí)將鉆頭軸線作為中心線，詳細(xì)研究鉆頭操作技巧，以及各項(xiàng)操作工藝在實(shí)際應(yīng)用中的效果，保證鉆頭中心線與鉆孔軸線的協(xié)調(diào)性。另外，在零件鉆孔處理時(shí)，還會(huì)受到外界其他因素的影響，因此在對(duì)刀夾進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還需要結(jié)合數(shù)控車床實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)各項(xiàng)因素進(jìn)行統(tǒng)籌分析，保證刀夾設(shè)計(jì)方案中刀具夾緊程度能夠完全滿足鉆孔加工需求，將剛硬性保證在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，提高鉆孔定位的精確性。

1.3 彈簧夾筒結(jié)構(gòu)

作為車床零件鉆孔夾具的重要配件，在對(duì)彈簧夾筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保滿足車床加工作業(yè)需求。常見的彈簧夾筒定位標(biāo)準(zhǔn)為圓錐表面，通過(guò)特定的螺帽釘子進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)彈簧夾筒的正常動(dòng)作。整個(gè)動(dòng)作流程中，彈簧夾筒圓錐椎體均處于被夾夾具中椎體表面，在特定壓力作用下進(jìn)行收縮，保證鉆頭中心點(diǎn)被牢牢夾緊，避免在作業(yè)過(guò)程中隨意移動(dòng)。通過(guò)此種設(shè)計(jì)方法，利用彈簧夾筒進(jìn)行鉆孔處理，鉆頭定位以及夾緊效果的標(biāo)準(zhǔn)為圓錐內(nèi)表面為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的。要求加工所選鉆頭耐磨性可以滿足零件處理需求，且要保證其表面粗糙度符合標(biāo)準(zhǔn)。在零件鉆孔工藝處理中，彈簧夾筒運(yùn)行以實(shí)際需求為基礎(chǔ)，在圓錐與圓柱內(nèi)部?jī)烧唛g設(shè)計(jì)一個(gè)過(guò)渡作用的孔，對(duì)彈簧夾筒刀柄槽經(jīng)過(guò)防轉(zhuǎn)銷時(shí)，夾具內(nèi)圓錐孔小端以及圓錐小端間相互干涉影響進(jìn)行消除。

1.4 刀具安裝結(jié)構(gòu)

為提高數(shù)控車床鉆孔刀夾設(shè)計(jì)效果，滿足零件實(shí)際加工需求，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以?shī)A具原本尺寸為依據(jù)，重新制定鉆頭。且需要對(duì)鉆頭進(jìn)行綜合計(jì)算，來(lái)獲得數(shù)控車床在水平狀態(tài)下與刀具間的偏差，然后將此偏差值作為依據(jù)，計(jì)算得到鉆頭同心度。另外，在鉆孔加工處理時(shí)，對(duì)于夾具的安裝，需要保證其與車床中心線保持平行，即在鉆孔過(guò)程中鉆頭也需要與零件中心線保持為一條直線，避免設(shè)計(jì)偏差影響零件加工效果。

2 數(shù)控車床鉆孔刀夾設(shè)計(jì)實(shí)例分析

2.1 刀具定位

以廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的CJK6132A型數(shù)控車床為例，以提高零件鉆孔工藝實(shí)施的有效性為目的，對(duì)數(shù)控車床鉆孔刀夾設(shè)計(jì)方案進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。為便于對(duì)中小批量套類零件進(jìn)行鉆孔處理，提高生產(chǎn)加工專業(yè)化水平，需要對(duì)鉆頭結(jié)構(gòu)以及尺寸進(jìn)行控制。本實(shí)例中提到的數(shù)控車床，鉆頭為直柄形式，定位基準(zhǔn)確定為外圓柱表面，并利用定心夾緊裝置為定位元件，鉆頭設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

2.2 夾緊方案

以鉆頭運(yùn)行特點(diǎn)為依據(jù)，在選擇夾緊設(shè)計(jì)方案時(shí)，必須要保證鉆頭軸線與被加工孔旋轉(zhuǎn)軸線重合。為滿足鉆孔加工實(shí)際需求，要保證夾具有可靠的夾緊力，以及高定位精確度和剛性，另外還應(yīng)最大程度上來(lái)降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜化，保證在實(shí)際操作工藝中，能夠順利安裝拆卸。此方面可以選擇用普通車床以及標(biāo)準(zhǔn)化的彈簧夾筒，實(shí)例選擇用銑刀彈簧夾筒，可時(shí)應(yīng)各種不同尺寸規(guī)格的直柄鉆頭。

2.3 夾具結(jié)構(gòu)

結(jié)合CJK6132A型數(shù)控車床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)方案所選彈簧夾筒7：24外圓錐表面為定位基準(zhǔn)，夾具選擇用7：24內(nèi)圓錐表面為定位元件，其工作原理如圖2所示。在螺釘1做轉(zhuǎn)動(dòng)作業(yè)時(shí)，彈簧夾筒3會(huì)向右方向移動(dòng)，且受到夾具2內(nèi)圓錐表面作用力影響，彈簧夾筒椎體部分會(huì)進(jìn)行收縮，達(dá)到夾緊鉆頭的目的。對(duì)于彈簧夾筒鉆孔夾具整個(gè)作業(yè)過(guò)程中，為保證內(nèi)圓錐表面工作效率，需要重點(diǎn)對(duì)其設(shè)計(jì)，保證其具有較強(qiáng)的耐磨性能，本車床夾具結(jié)構(gòu)表面粗糙度設(shè)計(jì)為Ra1.6μm。對(duì)于車床鉆孔夾具的設(shè)計(jì)，還需要提高設(shè)備運(yùn)行加工經(jīng)濟(jì)性，刀架不選擇用常見四工位自動(dòng)換刀設(shè)備，而是選擇將夾具外形設(shè)計(jì)成為方形結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體刀柄刀具的安裝。另外，夾具要被安裝在刀架結(jié)構(gòu)上，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以刀架結(jié)構(gòu)為依據(jù)，以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求為目的，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，最終刀架結(jié)構(gòu)寬設(shè)計(jì)為36mm，高為38mm，滿足夾具安裝需求。

2.4 夾具安裝

結(jié)合數(shù)控車床夾具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，在垂直方向上鉆頭中心比較高，為保證中心位置的合理性，需要由夾具自身結(jié)構(gòu)尺寸控制。而對(duì)于其在水平方向上的同心度，則通過(guò)夾具外圓尺寸以及間接工件外圓尺寸控制。另外，為保證實(shí)際鉆孔作業(yè)時(shí)，鉆頭軸線與零件軸線平行，在安裝夾具時(shí)，應(yīng)保證其基準(zhǔn)面與車床軸線處于平行狀態(tài)。

2.5 精確度分析

影響對(duì)孔精確度主要因素為夾具與零件間的同軸度，而影響鉆孔尺寸精確度的因素則為刀具自身的精確度，因此對(duì)數(shù)控車床夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，還需要檢查其精確度，確定誤差產(chǎn)生的原因，采取措施進(jìn)行處理。另外，在夾具使用過(guò)程中，圓錐內(nèi)部孔軸線與夾具定位面間也會(huì)存在一定的偏差，進(jìn)而會(huì)造成孔中心軸出現(xiàn)偏差，需要作為研究控制的要點(diǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控車床零件鉆孔處理工藝存在一定缺陷，為改善此類問(wèn)題，需要對(duì)鉆孔夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。要從實(shí)際需求出發(fā)，詳細(xì)分析各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，提高設(shè)計(jì)方案的可操作性與專業(yè)性，減少設(shè)計(jì)誤差的存在，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合效果。

參考文獻(xiàn)

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