數(shù)控車床直柄鉆頭夾具的設(shè)計(jì)

胡錦建

（廣東科豪木工機(jī)械有限公司，廣東 佛山 528308）

0 引言

目前在我國機(jī)械加工領(lǐng)域中使用的數(shù)控車床大部分都是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，特別是在私營企業(yè)、國有小企業(yè)、教學(xué)單位和西部落后地區(qū)使用的數(shù)控車床90%以上為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，并且有一部分?jǐn)?shù)控車床還是用普通車床改裝而成。這些數(shù)控車床都是使用四工位立式數(shù)控刀架，機(jī)床的局限性造成鉆頭裝夾時(shí)定位精度不高，難以達(dá)到加工要求，把鉆頭準(zhǔn)確定位并裝夾在此類數(shù)控車床的刀架上就成為一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。在此類數(shù)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(chǎn)時(shí)，其生產(chǎn)效率低下，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工質(zhì)量難以保證。

1 數(shù)控車床鉆頭夾具的設(shè)計(jì)

1.1 專用鉆頭夾具設(shè)計(jì)要求與設(shè)想

1.1.1 專用夾具設(shè)計(jì)的基本要求

①可以保證工件穩(wěn)定的加工精度；

②確保安裝、加工工件時(shí)操作安全；

③裝夾操作要省時(shí)、省力和方便。在結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的情況下，盡量采用氣動(dòng)、高效自鎖機(jī)構(gòu)等自動(dòng)化夾緊裝置，提高裝夾速度；

④應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。

1.1.2 數(shù)車鉆頭夾具設(shè)計(jì)的設(shè)想

數(shù)控車床在加工過程中，刀架的動(dòng)作是根據(jù)零件的輪廓軌跡和加工工藝要求，通過編程由數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。根據(jù)數(shù)控車床刀架的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)鉆頭或鉸刀等刀具的可編程控制，從而擴(kuò)展了車床的使用范圍，大大降低了工人的操作勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工件的加工精度和生產(chǎn)效率。

1.2 擬定數(shù)車鉆頭夾具的結(jié)構(gòu)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(yè)當(dāng)中，為便于專業(yè)化生產(chǎn)，鉆頭的結(jié)構(gòu)、尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化。兼顧到大部分機(jī)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(duì)的是直柄鉆頭(如圖1所示)，所以應(yīng)當(dāng)選擇刀柄外圓柱表面為定位基準(zhǔn)，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(shè)計(jì)夾緊裝置

根據(jù)鉆頭在加工中鉆頭軸線必須與被加工孔的旋轉(zhuǎn)軸線重合的特點(diǎn)，以及數(shù)控機(jī)床對(duì)夾具具有可靠的夾緊力、較高的定位精度、較強(qiáng)的剛性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于迅速和方便安裝刀具、夾具在機(jī)床上迅速和方便安裝等要求，采用已標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)的要求，適應(yīng)不同規(guī)格的直柄鉆頭。

1.3 彈簧夾筒鉆孔夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.3.1 彈簧夾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

彈簧夾筒是該夾具中的主要元件，根據(jù)其構(gòu)造特點(diǎn)，選擇彈簧夾筒7:24的外圓錐表面為定位基準(zhǔn)，夾具采用7:24的內(nèi)圓錐表面作為定位元件。工作原理如圖3所示，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)六角螺栓時(shí)，使得彈簧夾筒向右移動(dòng)，在夾具體內(nèi)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(nèi)圓錐表面是實(shí)現(xiàn)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(yīng)淬硬50～55HRC，表面粗糙度Ra1.6μm。在彈簧夾筒刀柄槽滑過防轉(zhuǎn)銷，為了避免彈簧夾筒在使用過程，圓錐小端與夾具內(nèi)圓錐孔小端發(fā)生不正常的干涉，在內(nèi)圓錐孔與內(nèi)圓柱孔之間加段過渡孔。

1.3.2 夾具體刀把的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的刀架采用的是一種簡(jiǎn)單的四工位自動(dòng)換刀設(shè)備，且只能安裝普通方型刀把，不能安裝回轉(zhuǎn)體刀柄的刀具，所以該夾具外形應(yīng)做成方型，并按車床的中心高能保證內(nèi)圓錐孔軸線到夾具底面基準(zhǔn)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(jié)合刀架的實(shí)際結(jié)構(gòu)，將刀夾設(shè)計(jì)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(duì)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(jié)構(gòu)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(duì)刀，綜合得到數(shù)控車床X方向的對(duì)刀偏差值以確定。為了保證鉆頭軸線在使用時(shí)與工件軸線同軸，還需保證夾具安裝時(shí)，安裝基準(zhǔn)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(yùn)動(dòng)控制功能的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，如:CJK6132A型。

2.2.2 適用于孔徑小于16mm的鉆孔，擴(kuò)孔，鉸孔等場(chǎng)合，并且對(duì)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(shí)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(diǎn)對(duì)方法對(duì)刀，這種對(duì)刀方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)刀精度高。鉆頭在安裝完畢之后與其他刀具一樣還要進(jìn)行對(duì)刀才能使用，鉆頭常用對(duì)刀方法有以下三種（Z軸方向?qū)Φ侗容^容易完成，此處不作詳述）:

①目測(cè)對(duì)刀法。移動(dòng)鉆頭用眼睛觀測(cè)，當(dāng)觀察到鉆頭中心與工件旋轉(zhuǎn)中心一致后，設(shè)置鉆頭X方向的刀補(bǔ)。這種對(duì)刀方法適用于加工精度不高的情況下使用。

②定點(diǎn)對(duì)刀法。跟其他刀具對(duì)刀類似，移動(dòng)鉆頭使鉆頭的棱邊輕輕接觸到試車過的外圓處，然后設(shè)置鉆頭X方向的刀補(bǔ)（注意應(yīng)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(tǒng)為例）:

2.2.6 換刀。在鉆頭磨損需刃磨或更換時(shí)，把螺栓松開卸下鉆頭（見圖3），此時(shí)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(duì)Z方向重新對(duì)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(shí)的定位精度受刀架精度影響，在鉆深孔時(shí)，仍需要根據(jù)試鉆情況對(duì)鉆頭進(jìn)行微調(diào)。

3 總結(jié)

通過生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)，在普通臥式數(shù)控車床上使用Φ14直柄鉆頭，分別采用尾座和本文所設(shè)計(jì)的夾具進(jìn)行進(jìn)行多次鉆孔試驗(yàn)（孔深為10-50mm），對(duì)兩種方法的孔徑、內(nèi)孔與外圓的同軸度進(jìn)行檢測(cè)所得數(shù)控顯示兩者精度均在10至12公差等級(jí)范圍內(nèi)（鉆孔公差等級(jí)可以達(dá)到10至13級(jí)）。此鉆頭夾具在實(shí)際加工作用過程中已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)鉆孔精度穩(wěn)定保持在10至12的公差等級(jí)，且鉆頭的使用壽命不受影響。

實(shí)踐證明，該鉆孔刀夾具具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便實(shí)用、安全高效等優(yōu)點(diǎn)，在批量生產(chǎn)中明顯提高了生產(chǎn)效率，大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

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