關于數控車床鉆孔刀夾的設計研究

陳關洋　郁燁侃

摘 要：為提高數控車床鉆孔工藝實施效率，可以結合鉆孔生產實際需求，設計一專用夾具，提高產品加工綜合質量。文章結合數控車床鉆孔工藝特點，對鉆孔刀夾設計方案進行了簡要分析。

關鍵詞：數控車床；鉆孔刀夾；夾具

鉆孔是車床加工零件主要工藝之一，數控車床在進行鉆孔加工時，與普通車床工藝相同，控制難度高且效率低，需要對其進行設計優化。數控車床零件加工過程中，刀架動作的依據為零件輪廓軌跡以及加工工藝要求，然后對加工工藝進行編程，最后由數控系統來進行有效控制完成最終處理。這樣針對數控車床鉆孔刀夾進行設計時，就可以將鉸刀或者鉆頭等常用刀具安裝在車床刀架上作為一種專用夾具即可。

1 數控車床鉆孔刀夾結構設計要點

1.1 刀具安裝位置

對數控車床鉆孔刀夾結構進行設計時，需要提前做好各項數據信息的整理與分析，將其作為結構設計的依據，提高設計方案的合理性與可操作性。即提前對鉆頭實際大小、形狀以及各結構數據進行掌握，并通過綜合分析后確定一個結構設計標準，將其作為結構設計后是否合格的評判依據。其中，對于刀具安裝位置的確定，要保證能夠在鉆孔處理時刀具可以靈活運動，提高加工工藝實施的有效性。一般情況下對于直徑在16mm以內的鉆頭，可以將其外觀設計成為直柄形式，而直徑超過16mm的鉆頭，則可以將其外觀設計成為錐柄形式，滿足實際加工需求。對于直柄形式的小鉆頭，設計時可以選擇以圓柱外圍表面為定位基準，常用配套定心設備作為定位元件將刀具夾緊，提高刀具安裝位置設計的合理性。

1.2 刀具夾緊方案

為提高零件鉆孔過程中工藝操作的有效性，在對鉆孔刀夾進行設計時，要保證刀具夾緊效果。鉆孔時將鉆頭軸線作為中心線，詳細研究鉆頭操作技巧，以及各項操作工藝在實際應用中的效果，保證鉆頭中心線與鉆孔軸線的協調性。另外，在零件鉆孔處理時，還會受到外界其他因素的影響，因此在對刀夾進行設計時，還需要結合數控車床實際應用情況，對各項因素進行統籌分析，保證刀夾設計方案中刀具夾緊程度能夠完全滿足鉆孔加工需求，將剛硬性保證在設計標準內，提高鉆孔定位的精確性。

1.3 彈簧夾筒結構

作為車床零件鉆孔夾具的重要配件，在對彈簧夾筒結構進行設計時，需要確保滿足車床加工作業需求。常見的彈簧夾筒定位標準為圓錐表面，通過特定的螺帽釘子進行轉動，實現彈簧夾筒的正常動作。整個動作流程中，彈簧夾筒圓錐椎體均處于被夾夾具中椎體表面，在特定壓力作用下進行收縮，保證鉆頭中心點被牢牢夾緊，避免在作業過程中隨意移動。通過此種設計方法，利用彈簧夾筒進行鉆孔處理，鉆頭定位以及夾緊效果的標準為圓錐內表面為基礎實現的。要求加工所選鉆頭耐磨性可以滿足零件處理需求，且要保證其表面粗糙度符合標準。在零件鉆孔工藝處理中，彈簧夾筒運行以實際需求為基礎，在圓錐與圓柱內部兩者間設計一個過渡作用的孔，對彈簧夾筒刀柄槽經過防轉銷時，夾具內圓錐孔小端以及圓錐小端間相互干涉影響進行消除。

1.4 刀具安裝結構

為提高數控車床鉆孔刀夾設計效果，滿足零件實際加工需求，在設計時應以夾具原本尺寸為依據，重新制定鉆頭。且需要對鉆頭進行綜合計算，來獲得數控車床在水平狀態下與刀具間的偏差，然后將此偏差值作為依據，計算得到鉆頭同心度。另外，在鉆孔加工處理時，對于夾具的安裝，需要保證其與車床中心線保持平行，即在鉆孔過程中鉆頭也需要與零件中心線保持為一條直線，避免設計偏差影響零件加工效果。

2 數控車床鉆孔刀夾設計實例分析

2.1 刀具定位

以廣州數控設備廠生產的CJK6132A型數控車床為例，以提高零件鉆孔工藝實施的有效性為目的，對數控車床鉆孔刀夾設計方案進行簡要分析。為便于對中小批量套類零件進行鉆孔處理，提高生產加工專業化水平，需要對鉆頭結構以及尺寸進行控制。本實例中提到的數控車床，鉆頭為直柄形式，定位基準確定為外圓柱表面，并利用定心夾緊裝置為定位元件，鉆頭設計方案如圖1所示。

2.2 夾緊方案

以鉆頭運行特點為依據，在選擇夾緊設計方案時，必須要保證鉆頭軸線與被加工孔旋轉軸線重合。為滿足鉆孔加工實際需求，要保證夾具有可靠的夾緊力，以及高定位精確度和剛性，另外還應最大程度上來降低結構設計復雜化，保證在實際操作工藝中，能夠順利安裝拆卸。此方面可以選擇用普通車床以及標準化的彈簧夾筒，實例選擇用銑刀彈簧夾筒，可時應各種不同尺寸規格的直柄鉆頭。

2.3 夾具結構

結合CJK6132A型數控車床結構特點，設計方案所選彈簧夾筒7：24外圓錐表面為定位基準，夾具選擇用7：24內圓錐表面為定位元件，其工作原理如圖2所示。在螺釘1做轉動作業時，彈簧夾筒3會向右方向移動，且受到夾具2內圓錐表面作用力影響，彈簧夾筒椎體部分會進行收縮，達到夾緊鉆頭的目的。對于彈簧夾筒鉆孔夾具整個作業過程中，為保證內圓錐表面工作效率，需要重點對其設計，保證其具有較強的耐磨性能，本車床夾具結構表面粗糙度設計為Ra1.6μm。對于車床鉆孔夾具的設計，還需要提高設備運行加工經濟性，刀架不選擇用常見四工位自動換刀設備，而是選擇將夾具外形設計成為方形結構，可以實現回轉體刀柄刀具的安裝。另外，夾具要被安裝在刀架結構上，在設計時應以刀架結構為依據，以滿足實際生產需求為目的，對結構進行設計優化，最終刀架結構寬設計為36mm，高為38mm，滿足夾具安裝需求。

2.4 夾具安裝

結合數控車床夾具結構特點分析，在垂直方向上鉆頭中心比較高，為保證中心位置的合理性，需要由夾具自身結構尺寸控制。而對于其在水平方向上的同心度，則通過夾具外圓尺寸以及間接工件外圓尺寸控制。另外，為保證實際鉆孔作業時，鉆頭軸線與零件軸線平行，在安裝夾具時，應保證其基準面與車床軸線處于平行狀態。

2.5 精確度分析

影響對孔精確度主要因素為夾具與零件間的同軸度，而影響鉆孔尺寸精確度的因素則為刀具自身的精確度，因此對數控車床夾具結構設計完成后，還需要檢查其精確度，確定誤差產生的原因，采取措施進行處理。另外，在夾具使用過程中，圓錐內部孔軸線與夾具定位面間也會存在一定的偏差，進而會造成孔中心軸出現偏差，需要作為研究控制的要點。

3 結束語

數控車床零件鉆孔處理工藝存在一定缺陷，為改善此類問題，需要對鉆孔夾具結構進行設計優化。要從實際需求出發，詳細分析各環節設計要點，提高設計方案的可操作性與專業性，減少設計誤差的存在，提高結構設計綜合效果。

參考文獻

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