數控車床直柄鉆頭夾具的設計

胡錦建

（廣東科豪木工機械有限公司，廣東 佛山 528308）

0 引言

目前在我國機械加工領域中使用的數控車床大部分都是經濟型數控車床，特別是在私營企業、國有小企業、教學單位和西部落后地區使用的數控車床90%以上為經濟型數控車床，并且有一部分數控車床還是用普通車床改裝而成。這些數控車床都是使用四工位立式數控刀架，機床的局限性造成鉆頭裝夾時定位精度不高，難以達到加工要求，把鉆頭準確定位并裝夾在此類數控車床的刀架上就成為一個技術難點。在此類數控車床上完成鉆孔加工，普遍是將鉆頭安裝在車床尾座上，用手工操作完成加工。使用這種方法鉆孔，在批量生產時，其生產效率低下，工人的勞動強度大，加工質量難以保證。

1 數控車床鉆頭夾具的設計

1.1 專用鉆頭夾具設計要求與設想

1.1.1 專用夾具設計的基本要求

①可以保證工件穩定的加工精度；

②確保安裝、加工工件時操作安全；

③裝夾操作要省時、省力和方便。在結合經濟性的情況下，盡量采用氣動、高效自鎖機構等自動化夾緊裝置，提高裝夾速度；

④應具有良好的結構工藝性。

1.1.2 數車鉆頭夾具設計的設想

數控車床在加工過程中，刀架的動作是根據零件的輪廓軌跡和加工工藝要求，通過編程由數控系統進行自動控制。根據數控車床刀架的特點，設計一種專用夾具，讓鉆頭或鉸刀等刀具安裝在車床的刀架上，即可實現對鉆頭或鉸刀等刀具的可編程控制，從而擴展了車床的使用范圍，大大降低了工人的操作勞動強度，提高工件的加工精度和生產效率。

1.2 擬定數車鉆頭夾具的結構方案

1.2.1 確定刀具（鉆頭）的定位方案，選擇定位方法和定位元件

在行業當中，為便于專業化生產，鉆頭的結構、尺寸已標準化。兼顧到大部分機床的安裝使用，通常直徑小于16mm的鉆頭做成直柄，直徑大于16mm的鉆頭做成錐柄。本文夾具針對的是直柄鉆頭(如圖1所示)，所以應當選擇刀柄外圓柱表面為定位基準，采用定心夾緊裝置為定位元件。

圖1 直柄鉆頭的定位方案

1.2.2 確定刀具（鉆頭）的夾緊方式，設計夾緊裝置

根據鉆頭在加工中鉆頭軸線必須與被加工孔的旋轉軸線重合的特點，以及數控機床對夾具具有可靠的夾緊力、較高的定位精度、較強的剛性、結構簡單、便于迅速和方便安裝刀具、夾具在機床上迅速和方便安裝等要求，采用已標準化的彈簧夾筒（即普通銑床上的銑刀彈簧夾筒，如圖2所示）較合理。此加緊裝置是利用彈簧夾筒的彈性變形將鉆頭定心并夾緊而完成定位的，可以滿足夾具設計的要求，適應不同規格的直柄鉆頭。

1.3 彈簧夾筒鉆孔夾具的結構設計

1.3.1 彈簧夾筒的結構設計

彈簧夾筒是該夾具中的主要元件，根據其構造特點，選擇彈簧夾筒7:24的外圓錐表面為定位基準，夾具采用7:24的內圓錐表面作為定位元件。工作原理如圖3所示，當轉動六角螺栓時，使得彈簧夾筒向右移動，在夾具體內圓錐表面的作用力下，彈簧夾筒的錐體部分收縮，最終使得鉆頭定心夾緊。

圖2 彈簧夾筒

彈簧夾筒鉆孔夾具在使用過程中，內圓錐表面是實現鉆頭定心和夾緊的主要工作表面，要求具有良好的耐磨性能，應淬硬50～55HRC，表面粗糙度Ra1.6μm。在彈簧夾筒刀柄槽滑過防轉銷，為了避免彈簧夾筒在使用過程，圓錐小端與夾具內圓錐孔小端發生不正常的干涉，在內圓錐孔與內圓柱孔之間加段過渡孔。

1.3.2 夾具體刀把的結構設計

經濟型數控車床的刀架采用的是一種簡單的四工位自動換刀設備，且只能安裝普通方型刀把，不能安裝回轉體刀柄的刀具，所以該夾具外形應做成方型，并按車床的中心高能保證內圓錐孔軸線到夾具底面基準表面A的高度為20±0.005mm。考慮夾具能夠安裝在車床刀架上，結合刀架的實際結構，將刀夾設計為寬36mm，高38mm（夾具總裝配如圖3所示）。

圖3 鉆頭夾具裝配圖

2 鉆頭夾具的使用方法

2.1 刀具（鉆頭）的對刀和夾具的安裝方法

鉆頭在垂直方向上的中心高，由夾具的本身結構尺寸保證，鉆頭在水平方向上的同心度，由夾具Φ44±0.005mm的外圓尺寸與間接的工件外圓尺寸d值及a值。通過對刀，綜合得到數控車床X方向的對刀偏差值以確定。為了保證鉆頭軸線在使用時與工件軸線同軸，還需保證夾具安裝時，安裝基準面B與車床軸線平行 （可使用百分表校正）。

2.2 夾具的使用說明

2.2.1 本夾具適用于無尾座運動控制功能的經濟型數控車床，如:CJK6132A型。

2.2.2 適用于孔徑小于16mm的鉆孔，擴孔，鉸孔等場合，并且對孔的同軸度精度要求為≥0.04mm。

2.2.3 本夾具類似普通車刀一樣安裝在車床刀架上，安裝時保證中心高，并用百分表校正鉆頭軸線與車床主軸軸線的平行度。

2.2.4 采用定點對方法對刀，這種對刀方法的優點是對刀精度高。鉆頭在安裝完畢之后與其他刀具一樣還要進行對刀才能使用，鉆頭常用對刀方法有以下三種（Z軸方向對刀比較容易完成，此處不作詳述）:

①目測對刀法。移動鉆頭用眼睛觀測，當觀察到鉆頭中心與工件旋轉中心一致后，設置鉆頭X方向的刀補。這種對刀方法適用于加工精度不高的情況下使用。

②定點對刀法。跟其他刀具對刀類似，移動鉆頭使鉆頭的棱邊輕輕接觸到試車過的外圓處，然后設置鉆頭X方向的刀補（注意應加上鉆頭的直徑值）。

2.2.5 鉆孔。鉆孔編程舉例如下（以GSK980T系統為例）:

2.2.6 換刀。在鉆頭磨損需刃磨或更換時，把螺栓松開卸下鉆頭（見圖3），此時鉆夾仍固定在刀架上，然后把新鉆頭插入鉆夾彈簧夾筒把螺栓擰緊，對Z方向重新對刀即可使用。

2.2.7 夾具使用的局限性

①因受刀架裝刀位置高度尺寸的影響，鉆夾的錐孔不能做得太大，故不能使用直徑大的鉆頭。

②鉆頭裝夾時的定位精度受刀架精度影響，在鉆深孔時，仍需要根據試鉆情況對鉆頭進行微調。

3 總結

通過生產實踐的檢驗，在普通臥式數控車床上使用Φ14直柄鉆頭，分別采用尾座和本文所設計的夾具進行進行多次鉆孔試驗（孔深為10-50mm），對兩種方法的孔徑、內孔與外圓的同軸度進行檢測所得數控顯示兩者精度均在10至12公差等級范圍內（鉆孔公差等級可以達到10至13級）。此鉆頭夾具在實際加工作用過程中已經可以實現鉆孔精度穩定保持在10至12的公差等級，且鉆頭的使用壽命不受影響。

實踐證明，該鉆孔刀夾具具有結構簡單、方便實用、安全高效等優點，在批量生產中明顯提高了生產效率，大大降低工人的勞動強度。

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