如何在經濟型數控車床上實現自動鉆孔功能的探討與實踐

撰文/中山市建斌中等職業技術學校 林良穎

如何在經濟型數控車床上實現自動鉆孔功能的探討與實踐

撰文/中山市建斌中等職業技術學校 林良穎

為解決套筒類零件在經濟型數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，即保證了加工質量穩定、可靠，又提高了生產率，改善了勞動條件。

由于數控車床具有高度柔性，加工精度高，加工質量穩定、可靠，改善勞動條件等特點，在加工生產活動中得到了日益廣泛的應用。在經濟型數控車床中，當要批量生產套筒類零件并用鉆頭鉆孔時，由于經濟型數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，這樣就降低了生產率，提高了勞動條件，特別是加工盲孔時，造成加工質量不穩定，體現不出數控車床的優越性。為了解決這個問題，本人通過生產實踐，并研究其它資料，設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。下面以廣州機床廠CA6132A1數控車床刀架設置鉆頭夾具為例，對在經濟型數控車床上實現自動鉆孔功能進行了探討與實踐。

圖1

一、鉆頭夾具的設計

數控車床刀架各尺寸如圖2所示，所設計夾具的尺寸如圖3所示。

1．設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，這樣可節省材料成本，廢物利用，節約能源，但合金刀刀柄較長，可用切割機切除多余的部分。

（2）利用線切割或刨床、銑床等機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生誤差，導致鉆孔刀裝夾時產生傾斜，鉆廢孔。

圖3

（4）此夾具須經淬火處理，以增強它的剛性，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、擴孔鉆、鉸刀等）使用，如須裝夾更大直徑尺寸的鉆頭時，可根據實際情況來調整尺寸，制作方法一樣，但須注意直徑大的鉆頭鉆孔時產生的軸向力也大，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，其實與其它裝刀方法一樣，只須改變所墊墊片厚度，以達到與主軸軸線對中，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，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，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處之和。本身鉆頭直徑為φ0mm所以鉆頭中心與兩斜面交點處之和為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，以上數據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，調整好長度，刀夾緊靠刀夾壁（圖1）。靠壁原因：主要是方便鉆頭與軸線平行， 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X坐標為（0，0），Z坐標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，在刀補號為100頁面+相應刀號中的X值中輸入D1+D2（相對于試切對刀）數值的一半，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，對工人的勞動強度影響也很大，做出的產品合格率降低。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。

技術要求：（1）以大批量生產條件編程。（2）不準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

（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速、加強冷卻與潤滑等，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孔，可用麻花鉆直接鉆出，對于精度要求較高的內孔，鉆孔后還要再經過車孔、擴孔或鉸孔等加工才能完成，在選用麻花鉆直徑時，應根據后繼工序的要求，留出加工余量。

正確選用麻花鉆的長度，一般應使導向部分（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）麻花鉆的刃磨質量直接關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，應根據工件材料、加工要求、采用相應的修磨方法進行修磨。

（3）安裝麻花鉆時必須嚴格對準中心；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，應考慮其材料的性能，適當提高切削速度，加大進給量。

（8）起鉆時進給量要小，待鉆頭切削部分全部進入工件后才可正常鉆削。

（9）鉆通孔將要鉆穿工件時，進給量要小，以防鉆頭折斷。

六、結語

通過以上實例說明采用專用夾具，使經濟型數控車提高了加工效率，解決了手動操控尾座的不便，實現了數控自動化系統，使我們的產品加工效率提高了，勞動強度降低了，產品合格率提高了，同時能源消耗減少了，達到了節能的效果。