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1、数控车床上自动钻孔刀夹的设计 【摘 要】大批量加工有内孔的回转体工件时，在保证质量的前提下，为了使加工工序集中、降低加工成本和提高生产效率，设计并制作了在数控车床上用于自动钻孔的夹具，装上钻夹头上装有直柄的钻头，可以实现自动钻削加工。 【关键词】数控车床 钻孔夹具 弹簧夹筒 中图分类号：TG751.2 文献标识码：A 文章编号：1009914X（2013）3536501 前言： 在普通车床上加工套类零件需要钻孔时，通常是将钻头直接套在尾座套筒上，或附加变径套或采用钻夹头等装夹进行钻孔，工人的劳动强度比较大，生产效率比较低。随着数控技术的发展，如今数控车床被广泛应用，我国在20 世纪七八十年代开
2、始大力推广，尤其是适合我国国情的经济型数控系统，开始在机械制造等多个领域使用，但多数经济型数控车床，其尾座不能自动控制运动，钻孔操作跟普通车床一样，如广州数控设备厂生产的CSK6140-T 型数控车床。这样，在中、小批量生产套类零件时，其生产效率相对低下，工人的劳动强度大，加工质量难以保证。本文就上述情况考虑，自行设计一种专用夹具，此类问题就能迎刃而解。 一、夹具设计的思路启发 在数控车床的刀架上装上车刀后，可以通过数控系统里的加工程序控制车刀的运动轨迹，加工出外圆、槽和螺纹等等。同理，我们可以把钻头装在刀架上，通过加工程序控制钻头的运动进行钻孔。但是钻头的装夹部分有直柄和锥柄，这两种柄部都不
3、能直接装在刀架上，为此，我设计了自动钻孔夹具。钻头或铰刀等刀具安装在车床的刀架上，问题就迎刃而解了。 二、拟定夹具的结构方案 刀具（钻头）的定位方案、定位方法和定位元件为了便于专业化生产，钻头的结构、尺寸已标准化和系列化。为方便安装使用，通常直径小于16mm 的钻头做成直柄，直径大于16mm 的钻头做成锥柄。这里所介绍的是直柄钻头的结构特征，应当选择的是外圆柱表面为定位基准，采用定心夹紧装置为定位元件，刀具（钻头）的夹紧方案、夹紧方法和夹紧装置根据钻头在加工中的使用特点，钻头的轴线必须与被加工孔的旋转轴线重合。根据数控机床对夹具要求，即应具有可靠的夹紧力，具有较高的定位精度，具有较强的刚性，结
4、构尽量简单，以便于装卸（钻头）和夹具在机床上的安装，可采用已标准化的弹簧夹筒，即采用普通铣床上的铣刀弹簧夹筒，这样可以满足设计夹具（刀夹）要求，适应不同尺寸规格的直柄钻头。该装置是利用弹簧夹筒的弹性变形将钻头定心并夹紧的（这只是作为过渡装置用），弹簧夹筒如图1 所示。 图1 弹簧夹筒 三、夹具的设计 确定弹簧夹筒钻孔夹具的结构弹簧夹筒是该夹具中的主要元件，根据其构造特点，选择弹簧夹筒724 的外圆锥表面为定位基准，夹具采用724 的内圆锥表面作为定位元件。经济型数控车床的刀架采用的是一种简单的四工位自动换刀设备，只能安装普通方形刀把，不能安装回转体刀柄的刀具，所以该夹具外形应做成方形，依该数控
5、车床四工位刀架安装刀具刀杆尺寸为25X25mm，并要求使麻花钻要安装在夹具上与主轴回转中心等高。该夹具为带有锥孔和凸出边缘的方块。厚度为23mm、宽度为25mm 的凸出边缘为装夹部分，A 面与B 面分别为定位面。带有锥孔部分是用来安装弹簧夹筒并带有钻头。在弹簧夹筒刀柄槽滑过防转销，为了避免弹簧夹筒在使用过程中，圆锥小端与夹具内圆锥孔小端发生不正常的干涉，可在内圆锥孔与内圆柱孔之间加段过渡槽。如图2所示。 图2 自动钻孔刀夹设计 夹具体材料为45# 钢，并进行调质处理，硬度为HBS280 左右，其目的是为了保证夹具体有足够的强度和硬度，经多次使用后仍有较高的尺寸精度和形位精度。 四、夹具加工的制
6、作 在夹具设计的过程中要解决技术问题：是在制作过程中怎样保证自动钻孔夹具的锥孔与数控车床主轴同轴。自动钻孔夹具的外部形状可以在铣床上加工。而加工孔与锥孔时要使用四爪卡盘数控车床，用四爪卡盘夹住自动钻孔夹具，找正自动钻孔夹具孔轴心线与数控车床主轴轴心线的重合（可用百分表校正）。其工序为：先用12钻头钻穿钻孔夹具，再用21钻头扩孔，深度为108mm，最后用镗刀镗出内孔（内圆锥孔）。 五、夹具的使用说明 本夹具适用于无尾座运动控制功能的经济型数控车床，如CSK6140-T 型；适用于孔径小于16mm 的钻孔、扩孔和铰孔等场合。采用不同直径的钻头钻孔、扩孔等操作，要相应地选择不同规格的弹簧夹筒。 1、
7、夹具工作原理 当转动螺钉1 时，使得弹簧夹筒2向右移动，在夹具体3 内圆锥表面的作用力下，弹簧夹筒的锥体部分收缩，最终使得钻头定心夹紧。（如图3、4所示） 图3 夹具、刀具装配1 图4 夹具、刀具装配图2 2、保证自动钻孔夹具的锥孔与数控车床主轴同轴 钻头在垂直方向上的中心高，由夹具的本身结构尺寸保证，为了方便对刀和检验夹具的锥孔是否和车床主轴同轴，我自制了辅助件1、辅助件2。其其使用过程为：将辅助件1安装在卡盘上（安装时要校正）；将辅助件2安装在钻孔夹具，并安装于刀架上。手动移动数控车床的X轴和Z轴，使辅助件1与辅助件2两尖端重合（如辅助件2尖端低，还可以加辅助刀垫）。这样就可以保证自动钻孔夹具的锥孔与数控车床主轴同轴。 图5 检查刀夹与车床同轴度 3、使用自动钻孔夹具钻孔时对刀 X轴：当辅助件1与辅助件2两尖端重合（如图5所示），可以保证X方向对准工件中心，在录入方式输入G50，X0；然后在刀补输入X=0。 Z轴：对完X轴后，拆下辅助件1与辅助件2，装上加工工件和钻头，然后在车床转动情况下用钻头尖端轻碰工件端面，在录入方式下输入G50，Z0；再在刀补输入Z=0。（如图6所示）。 图6 Z轴对刀方法
