通常在普通的车床上对套类零件进行加工时都需要钻孔, 钻孔时一般是将钻头直接套在尾座的套筒上, 或是采用钻夹头, 或是附加变径套等装夹来进行钻孔、铰孔以及扩孔, 这样做需要工人付出较大劳动强度, 而且生产效率很低。如今, 随着数控技术的发展, 在生产中广泛的应用数控车床, 早在20世纪70、80年代我国就开始大力推广, 尤其是经济型的数控系统被应用到了机械制造等多个领域中, 但多数此类数控车床的尾座是不能自动控制运动的, 在其上进行的钻孔、铰孔及扩孔等操作与在普通车床一样。例如由广州数控设备厂生产的CMK6132A型数控车床。在进行中、小批量的套类零件的生产时, 这种方法生产效率相对较低, 且工人劳动强度较大, 并难以保证加工质量。此类问题可以通过自行设计的一种专用夹具来解决。
1 夹具的设计构思
在数控车床的加工过程中, 其刀架的动作是根据加工工艺要求以及零件的轮廓轨迹, 通过编程, 由数控系统来自动进行控制的。因此, 只要能设计可以将铰刀或钻头等刀具安装在车床的刀架上的一种专用夹具, 便可解决这一问题。
2 夹具结构方案的拟定
2.1 钻头等刀具的定位方案、定位元件及定位方法
钻头的尺寸及结构等都已标准化和系列化, 以便于专业化生产。为便于安装和使用, 一般直径小于16mm的钻头都做成直柄, 而其直径大于16mm的钻头都做成锥柄。我们在此对直柄钻头的结构特征进行介绍, 该类钻头应当选择外圆柱表面为定位基准, 其定位元件采用定心夹紧装置。
2.2 钻头等刀具的夹紧方案、夹紧装置及夹紧方法
钻头的轴线根据钻头在加工中的使用特点必须与被加工孔的旋转轴线重合。夹具根据数控机床对其的要求应具有可靠的夹紧力、较强的刚性以及较高的定位精度, 并且其结构应尽量简单。以便于在机床上安装及钻头的装卸。实现时可采用普通铣床上的铣刀弹簧夹筒等已标准化的弹簧夹筒, 以满足能够适应不同尺寸规格的直柄钻头的夹具 (刀夹) 设计要求。该装置通过利用弹簧夹筒的弹性变形将钻头定心并夹紧, 它只作为过渡装置。
2.3 弹簧夹筒钻孔夹具结构的确定
该夹具中主要元件为弹簧夹筒, 根据构造特点选择7∶24的外圆锥表面为定位基准, 并采用7∶24的内圆锥表面的弹簧夹筒作为定位元件。通过转动螺钉1可使弹簧夹筒3向右移动, 弹簧夹筒的锥体部分在夹具体2中圆锥表面的作用力下进行收缩, 最终定心夹紧钻头。在使用弹簧夹筒钻孔夹具的过程中, 钻头定心和夹紧的主要工作表面由内圆锥表面实现, 因此必须具有良好的耐磨性, 通常应淬硬50-55HRC, 其表面粗糙度为Ra1.6μm。在弹簧夹筒刀柄槽滑过防转销5时, 为了避免夹具内圆锥孔小端与圆锥小端发生不正常的干涉, 弹簧夹筒在使用过程中可在内圆锥孔与内圆柱孔之间加一段过渡孔。本文采用一种简单的四工位自动换刀设备作为经济型数控车床的刀架, 筒不能安装回转体刀柄的刀具, 而只能安装普通方形刀把。所以应将该夹具的外形做成方形, 并且按车床的中心高, 应保证内圆锥孔轴线到夹具底面基准表面A的高度为20±0.005mm。考虑到夹具可以安装在车床刀架上, 并结合刀架的实际结构将刀夹的宽设计为36mm、高设计为38mm。
2.4 钻头等刀具对刀和夹具的安装方案
如图4所示, 由夹具本身的结构尺寸来保证钻头在垂直方向上的中心高, 由夹具φ44+0.005mm的外圆尺寸与间接的工件外圆尺寸d值及a值, 通过对刀来综合得到的数控车床在X方向上对刀偏差值来确定钻头在水平方向上的同心度。除此之外, 为了保证在使用时钻头轴线与工件轴线同轴, 还需保证在安装夹具时, 安装基准面B同车床轴线平行 (可用百分表进行校正) 。
3 夹具的精度分析
在车床上使用该夹具对孔进行加工时, 对孔的精度有较大影响的是同轴度, 由刀具本身的精度来决定孔的尺寸精度。下面对孔的同轴度进行分析计算: (1) 基准不符误差为△B=△=0; (2) 夹具安装误差为△A, 由于内圆锥孔轴线与夹具定位面A之间的尺寸误差以及主轴轴线与内圆锥孔轴线的平行度误差等会引起被加工孔的轴线同轴度超差, 即△A=0.02mm; (3) 加工方法有关的误差为钻头的跳动、对刀调整误差及滑板间隙等因素所引起的加工误差, 约为0.02mm。以上三项可能造成最大为0.04mm的误差。
4 夹具使用说明
该夹具适用于在如CMK6132A型等无尾座运动控制功能的经济型数控车床上进行孔径小于16mm的钻孔、铰孔和扩孔等操作, 并且对孔的同轴度精度要求大于等于0.04mm的场合。可通过选择不同规格的弹簧夹筒来实现采用不同直径的钻头进行钻孔、扩孔等操作。本夹具像普通的车刀一样安装在车床刀架上, 安装时需保证中心高 (注意要擦净各个定位面) , 并用百分表校正车床主轴轴线与钻头轴线的平行度 (可通过检验B面的平行度来进行控制) 。在对刀时, 可以暂不安装夹钻具, 而是先用外圆车刀车一刀工件的外圆, 再利用测量出来的具体φ44±0.005mm外圆到工件外圆的距离a值计算求得X=d+2 (22+a) , 之后将X的值输入到相应的刀偏号之中, 再将钻具装上 (注意要擦净内圆锥孔的表面) , 并移动刀架使钻头到达工件端面的中心处, 使其轻碰工件端面, 最后在相应的刀偏号中输入Z=0。安装夹具时各螺钉的压紧要适中, 也就是即要避免夹具变形, 又要保证加工的过程中不能松动。
摘要：夹具是金属切削加工中的一种必不可少的工艺装置。对夹具进行合理选择和使用不但可以保证加工质量, 而且在生产效率上还能得到很大的提高, 并且还能降低生产的成本。本文探讨数控车床钻孔刀夹的设计, 并且例举了专用夹具的设计。
关键词：钻孔刀夹,夹具,数控车床,弹簧夹筒,设计
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