如何在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上實(shí)現(xiàn)自動鉆孔功能的探討與實(shí)踐

撰文/中山市建斌中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 林良穎

如何在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上實(shí)現(xiàn)自動鉆孔功能的探討與實(shí)踐

撰文/中山市建斌中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 林良穎

為解決套筒類零件在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上用刀架裝夾鉆頭通過程序自動鉆孔的加工問題，設(shè)計了一種可裝夾多種直徑尺寸鉆頭的夾具，即保證了加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，又提高了生產(chǎn)率，改善了勞動條件。

由于數(shù)控車床具有高度柔性，加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，改善勞動條件等特點(diǎn)，在加工生產(chǎn)活動中得到了日益廣泛的應(yīng)用。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床中，當(dāng)要批量生產(chǎn)套筒類零件并用鉆頭鉆孔時，由于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的刀架為四工位刀架，本身不能裝夾鉆頭，鉆頭只能在尾座上進(jìn)行鉆孔，但尾座不是程序控制動作的，只能依靠人工來鉆孔，這樣就降低了生產(chǎn)率，提高了勞動條件，特別是加工盲孔時，造成加工質(zhì)量不穩(wěn)定，體現(xiàn)不出數(shù)控車床的優(yōu)越性。為了解決這個問題，本人通過生產(chǎn)實(shí)踐，并研究其它資料，設(shè)計制造了一種可裝夾多種直徑尺寸鉆頭的夾具（圖1），較好地解決了這一問題。下面以廣州機(jī)床廠CA6132A1數(shù)控車床刀架設(shè)置鉆頭夾具為例，對在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上實(shí)現(xiàn)自動鉆孔功能進(jìn)行了探討與實(shí)踐。

圖1

一、鉆頭夾具的設(shè)計

數(shù)控車床刀架各尺寸如圖2所示，所設(shè)計夾具的尺寸如圖3所示。

1．設(shè)計夾具的一些注意事項

（1）此夾具材料為長立方體45號鋼制作或用報廢合金刀的刀柄來制作，這樣可節(jié)省材料成本，廢物利用，節(jié)約能源，但合金刀刀柄較長，可用切割機(jī)切除多余的部分。

（2）利用線切割或刨床、銑床等機(jī)床來加工如圖尺寸的夾具，此夾具為90°V形塊。

（3）注意在制作刀夾時要保證刀夾各平行度、垂直度，保證能與主軸軸心線平行，防止夾具在制作時產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致鉆孔刀裝夾時產(chǎn)生傾斜，鉆廢孔。

圖3

（4）此夾具須經(jīng)淬火處理，以增強(qiáng)它的剛性，提高使用壽命。

（5）此夾具使用范圍為φ0mm～φ16mm的直柄鉆頭（平底鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀等）使用，如須裝夾更大直徑尺寸的鉆頭時，可根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整尺寸，制作方法一樣，但須注意直徑大的鉆頭鉆孔時產(chǎn)生的軸向力也大，這時須在鉆頭柄部螺釘處磨兩個槽，做一軸向定位，增大抵抗力。

（6）刀夾上開槽的目的是防止裝夾小直徑鉆頭時，螺釘受兩斜邊阻礙，所以在兩螺釘處開兩槽。

2.鉆頭夾具的原理分析

此夾具之所以能使用不同直徑的鉆頭，其實(shí)與其它裝刀方法一樣，只須改變所墊墊片厚度，以達(dá)到與主軸軸線對中，下面就以此刀夾裝夾最大直徑鉆頭16mm和最小直徑鉆頭0mm為例計算所墊墊片厚度。

計算公式為：刀架中心高-夾具底厚度-鉆頭中心與夾具兩斜面交點(diǎn)處之和=所墊墊片厚度（這里所說的刀架中心高為刀架裝刀時底面與軸心的距離）。

合格條件：以刀架所墊墊片最高尺寸39mm為限。

已知：刀架中心高為21mm，夾具底厚度為8mm，刀架所墊墊片最高尺寸為39mm，夾具總高度為18mm，鉆頭直徑為φ0mm，φ16mm，求φ0mm，φ16mm所墊墊片厚度？

（1）最大鉆頭直徑φ16mm。所墊墊片厚度為：刀架中心高-夾具底厚度-鉆頭中心與夾具兩斜面交點(diǎn)處之和，已知刀架中心高、夾具底厚度，求鉆頭中心與兩斜面交點(diǎn)處之和，如圖4所示。

圖4

做FC的平移線ED與中心線相交一點(diǎn)，平移距離為鉆頭直徑φ16mm的一半，找到鉆頭直徑φ16mm的圓心B點(diǎn)，畫出鉆頭直徑φ16mm的圓，做鉆頭直徑φ16mm與FC相切的垂直距離AB，構(gòu)成了直角三角形Rt△BAC，求BC的距離？

已知：AB為鉆頭直徑φ16mm的半徑，故為8mm，∠ACD=90°，BC為∠ACD的中線。

所以： ∠ACB=45°BC=AB/sin45°=8/=11.31

看圖求出鉆頭中心與夾具兩斜面交點(diǎn)處之和為11.31mm。

所以所墊墊片厚度為：刀架中心高-夾具底厚度-鉆頭中心與夾具兩斜面交點(diǎn)處之和，厚度為1.69mm。

B0=BC-0C=11.31-（18-8）=1.31mm

直徑φ16mm鉆頭與墊片、刀夾、鉆頭之和=刀架中心高21（1.69+18+1.31）+8=29mm＜刀架所墊墊片最高尺寸39mm。所以符合條件，可行。

（2）最小鉆頭直徑0mm，所墊墊片厚度為：刀架中心高-夾具底厚度-鉆頭中心與夾具兩斜面交點(diǎn)處之和已知刀架中心高、夾具底厚度，求鉆頭中心與夾具兩斜面交點(diǎn)處之和。本身鉆頭直徑為φ0mm所以鉆頭中心與兩斜面交點(diǎn)處之和為φ0mm。

所以所墊墊片厚度為：刀架中心高-夾具底厚度-鉆頭中心與夾具兩斜面交點(diǎn)處之和，厚度為13mm。

直徑φ0mm鉆頭與墊片、刀夾之和=13+18=31mm＜刀架所墊墊片最高尺寸39mm。所以符合條件，可行。因此，以上數(shù)據(jù)分析可以證明刀夾在φ0mm -φ16mm的范圍里是可用的。

二、鉆頭夾具的使用方法

（1）把鉆頭放入刀夾，調(diào)整好長度，刀夾緊靠刀夾壁（圖1）?？勘谠颍褐饕欠奖沣@頭與軸線平行， 防止傾斜。如果刀夾制作不平行時，可把鉆頭移到已車外圓處進(jìn)行與外圓素線平行校正。如果刀夾制作好，直接靠壁，方便快捷，省時省工，效率即快又好。

（2）在實(shí)際操作時，就不須用計算墊片厚度這么麻煩了，就跟我們平時裝刀時對刀一樣，看實(shí)際情況來增減墊片厚度，但鉆頭橫刃須水平，這樣才方便對準(zhǔn)主軸中心。

三、鉆頭夾具的對刀方法

（1）對主軸中心目測法：拿根材料切削端面，留余量小于1mm的凸頭，把鉆頭移到近凸頭處，目測觀察鉆頭橫刃與凸頭對中，對好后設(shè)X坐標(biāo)為（0，0），Z坐標(biāo)與其它對刀方法一樣。

（2）對刀如圖5所示，事先對好中心高）慢慢移動刀架使鉆頭邊緣接觸工件表面，在刀補(bǔ)號為100頁面+相應(yīng)刀號中的X值中輸入D1+D2（相對于試切對刀）數(shù)值的一半，Z軸的對刀和車刀的對刀方法一樣。（D1為鉆頭的直徑，D2為工件的直徑）

圖5

四、使用鉆頭夾具來加工零件的范例

圖6為范例零件，此材料為30的黃銅。用上述鉆頭夾具來加工此零件。

所墊墊片厚度可計算大約為：刀架中心高-夾具底厚度-鉆頭中心與夾具兩斜面交點(diǎn)處之和=所墊墊片厚度=21-8-3.54=9.46mm（5mm麻花鉆），21-8-10.61=2.39 mm(15mm平底麻花鉆)。

鉆頭為φ5mm麻花鉆，φ15mm平底麻花鉆。加工此零件的程序如下。

從整個加工過程來看，如果此零件不用刀架裝夾鉆頭，是用尾座裝夾鉆頭，那么在加工這個零件時，在加工過程中要換兩次鉆頭，對加工速度影響很大，對工人的勞動強(qiáng)度影響也很大，做出的產(chǎn)品合格率降低。而自動鉆孔（包含人工裝夾時間）加工一個零件，用時135秒，不自動鉆孔，用尾座裝夾鉆頭加工一個零件用時314秒。在時間上兩者對比，自動鉆孔的時間是尾座鉆孔的時間不到一半。

技術(shù)要求：（1）以大批量生產(chǎn)條件編程。（2）不準(zhǔn)用銼刀或砂布修飾表面。（3）各銳邊倒角0.5×45°,螺紋處倒角1.5×45°。（4）未注公差±0.05。

圖6

五、自動鉆孔過程中使用鉆頭的幾個注意要點(diǎn)

（1）麻花鉆的選用：合理選擇刀具材料、正確選擇鉆頭的切削角度、合理選用切削用量和轉(zhuǎn)速、加強(qiáng)冷卻與潤滑等，提高鉆頭的使用壽命。

正確選用麻花鉆的直徑，對于精度要求不高的內(nèi)孔，可用麻花鉆直接鉆出，對于精度要求較高的內(nèi)孔，鉆孔后還要再經(jīng)過車孔、擴(kuò)孔或鉸孔等加工才能完成，在選用麻花鉆直徑時，應(yīng)根據(jù)后繼工序的要求，留出加工余量。

正確選用麻花鉆的長度，一般應(yīng)使導(dǎo)向部分（即麻花鉆螺旋槽部分）略長于孔深。麻花鉆過長則剛度低；麻花鉆過短則排屑困難，也不宜鉆穿孔。

（2）麻花鉆的刃磨質(zhì)量直接關(guān)系到鉆孔的尺寸精度、表面粗糙度和鉆削效率。所以麻花鉆在使用時，應(yīng)根據(jù)工件材料、加工要求、采用相應(yīng)的修磨方法進(jìn)行修磨。

（3）安裝麻花鉆時必須嚴(yán)格對準(zhǔn)中心；裝夾牢固、可靠。

（4）鉆孔前，必須將端面車平，中心處不允許有凸臺，否則鉆頭不能自動定心，會使鉆頭折斷。

（5）鉆小而深的孔時，應(yīng)先用中心鉆鉆中心孔，以避免將孔鉆歪；在鉆孔過程中必須經(jīng)常退出鉆頭清除切屑，防止因切屑堵塞而造成鉆頭被“咬死”或折斷。

（6）鉆削鋼材時必須澆注充分的切削液，使鉆頭冷卻，防止鉆頭發(fā)熱退火；鉆切削鑄件時可不用切削液。

（7）鉆削鎂合金等其他金屬材料時，應(yīng)考慮其材料的性能，適當(dāng)提高切削速度，加大進(jìn)給量。

（8）起鉆時進(jìn)給量要小，待鉆頭切削部分全部進(jìn)入工件后才可正常鉆削。

（9）鉆通孔將要鉆穿工件時，進(jìn)給量要小，以防鉆頭折斷。

六、結(jié)語

通過以上實(shí)例說明采用專用夾具，使經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車提高了加工效率，解決了手動操控尾座的不便，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控自動化系統(tǒng)，使我們的產(chǎn)品加工效率提高了，勞動強(qiáng)度降低了，產(chǎn)品合格率提高了，同時能源消耗減少了，達(dá)到了節(jié)能的效果。