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摘要:在金属切削加工中,夹具是一种必不可少的工艺装置。合理选择、使用夹具不但能保证加工质量,还有利于提高生产效率,降低生产成本。文章以专用夹具设计为例探讨数控车床钻孔刀夹的设计。
关键词:数控车床;钻孔刀夹;设计;夹具;弹簧夹筒
中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1672-5727(2010)04-0122-02
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、扩孔或铰孔,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、扩孔或铰孔等操作跟普通车床一样,如广州数控设备厂生产的CJK6132A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。但通过自行设计一种专用夹具,此类问题就能迎刃而解。
夹具设计的构思
在加工过程中,数控车床刀架的动作是根据零件的轮廓轨迹和加工工艺要求,通过编程由数控系统进行自动控制的。那么,只要能设计一种专用夹具,让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。
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,钻头如图1所示。
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2所示。
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7∶24的外圆锥表面为定位基准,夹具采用7∶24的内圆锥表面作为定位元件。工作原理如图3所示,当转动螺钉1时,使得弹簧夹筒3向右移动,在夹具体2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。弹簧夹筒钻孔夹具在使用过程中,内圆锥表面是实现钻头定心和夹紧的主要工作表面,要求具有良好的耐磨性能,一般应淬硬50~55HRC,表面粗糙度Ra1.6μm。在弹簧夹筒刀柄槽滑过防转销5时,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孔。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,并按车床的中心高保证内圆锥孔轴线到夹具底面基准表面A的高度为20±0.005mm。考虑夹具能够安装在车床刀架上,结合刀架的实际结构,将刀夹设计为宽36mm,高38mm,夹具、刀具装配如图3所示。
刀具(钻头)的对刀和夹具的安装方案 钻头在垂直方向上的中心高,由夹具的本身结构尺寸保证,钻头在水平方向上的同心度,由夹具φ44±0.005mm的外圆尺寸与间接的工件外圆尺寸d值及a值,通过对刀,综合得到数控车床X方向的对刀偏差值来确定,如图4所示。为了保证钻头轴线在使用时与工件轴线同轴,除上所述外,还需保证夹具安装时,安装基准面B与车床轴线平行(用百分表校正)。
夹具总图设计
根据夹具所确定的整体结构方案,正式绘制夹具总图,如图4所示。
夹具精度分析
该夹具在车床上加工孔时,对孔的精度影响较大的是同轴度,孔的尺寸精度由刀具本身精度决定。对孔的同轴度分析计算:(1)基准不符误差:△B=△D=0;(2)夹具的安装误差△A:由于夹具定位面A与内圆锥孔轴线间的尺寸误差,内圆锥孔轴线与主轴轴线的平行度误差等,会引起被加工孔的轴线同轴度超差,即△A=0.02mm;(3)加工方法有关的误差:对刀调整误差,钻头的跳动,滑板的间隙等因素所引起的加工误差,约为0.02mm。以上三项可能造成的最大误差为0.04mm。
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CJK6132A型,适用于孔径小于16mm的钻孔、扩孔和铰孔等场合,并且对孔的同轴度精度要求大于等于0.04mm。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。本夹具类似普通车刀一样安装在车床刀架上,安装要时保证中心高(注意擦净各定位面),以及用百分表校正钻头轴线与车床主轴轴线的平行度(通过检验B面的平行度来控制)。对刀时,可暂时不装夹钻具,首先用外圆车刀车一刀工件外圆,通过测量出夹具体φ44±0.005mm外圆至工件外圆的距离a值,求得X=d+2(22+a),各参数如图5所示,再将X值输入到相应的刀偏号中,再装上钻具(注意擦净内圆锥孔表面),移动刀架使钻头至工件端面中心处(轻碰工件端面),在相应的刀偏号中输入Z=0。夹具安装时,各螺钉压紧要适中,既要避免夹具变形,又要保证加工过程不能有松动现象,夹具的安装如图5所示。
参考文献:
[1]宋小春,等.数控车床编程与操作[M].广州:广东经济出版社,2002.
[2]李善术.数控机床及其应用[M].北京:机械工业出版社,2002.
[3]叶伯生.计算机数控系统原理、编程与操作[M].武汉:华中理工大学出版社,1999.
[4]严爱珍.机床数控原理与系统[M].北京:机械工业出版社,2001.
[5]王爱玲.现代数控编程技术及应用[M].北京:国防工业出版社,2002.
作者简介:
马兴昭(1975—),男,广东汕头人,广东省工业贸易职业技术学校数控车助理实验师、数控车技师,主要从事数控车实训和理论教学。
关键词:数控车床;钻孔刀夹;设计;夹具;弹簧夹筒
中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1672-5727(2010)04-0122-02
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、扩孔或铰孔,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、扩孔或铰孔等操作跟普通车床一样,如广州数控设备厂生产的CJK6132A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。但通过自行设计一种专用夹具,此类问题就能迎刃而解。
夹具设计的构思
在加工过程中,数控车床刀架的动作是根据零件的轮廓轨迹和加工工艺要求,通过编程由数控系统进行自动控制的。那么,只要能设计一种专用夹具,让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。
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,钻头如图1所示。
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2所示。
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7∶24的外圆锥表面为定位基准,夹具采用7∶24的内圆锥表面作为定位元件。工作原理如图3所示,当转动螺钉1时,使得弹簧夹筒3向右移动,在夹具体2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。弹簧夹筒钻孔夹具在使用过程中,内圆锥表面是实现钻头定心和夹紧的主要工作表面,要求具有良好的耐磨性能,一般应淬硬50~55HRC,表面粗糙度Ra1.6μm。在弹簧夹筒刀柄槽滑过防转销5时,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孔。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,并按车床的中心高保证内圆锥孔轴线到夹具底面基准表面A的高度为20±0.005mm。考虑夹具能够安装在车床刀架上,结合刀架的实际结构,将刀夹设计为宽36mm,高38mm,夹具、刀具装配如图3所示。
刀具(钻头)的对刀和夹具的安装方案 钻头在垂直方向上的中心高,由夹具的本身结构尺寸保证,钻头在水平方向上的同心度,由夹具φ44±0.005mm的外圆尺寸与间接的工件外圆尺寸d值及a值,通过对刀,综合得到数控车床X方向的对刀偏差值来确定,如图4所示。为了保证钻头轴线在使用时与工件轴线同轴,除上所述外,还需保证夹具安装时,安装基准面B与车床轴线平行(用百分表校正)。
夹具总图设计
根据夹具所确定的整体结构方案,正式绘制夹具总图,如图4所示。
夹具精度分析
该夹具在车床上加工孔时,对孔的精度影响较大的是同轴度,孔的尺寸精度由刀具本身精度决定。对孔的同轴度分析计算:(1)基准不符误差:△B=△D=0;(2)夹具的安装误差△A:由于夹具定位面A与内圆锥孔轴线间的尺寸误差,内圆锥孔轴线与主轴轴线的平行度误差等,会引起被加工孔的轴线同轴度超差,即△A=0.02mm;(3)加工方法有关的误差:对刀调整误差,钻头的跳动,滑板的间隙等因素所引起的加工误差,约为0.02mm。以上三项可能造成的最大误差为0.04mm。
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CJK6132A型,适用于孔径小于16mm的钻孔、扩孔和铰孔等场合,并且对孔的同轴度精度要求大于等于0.04mm。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。本夹具类似普通车刀一样安装在车床刀架上,安装要时保证中心高(注意擦净各定位面),以及用百分表校正钻头轴线与车床主轴轴线的平行度(通过检验B面的平行度来控制)。对刀时,可暂时不装夹钻具,首先用外圆车刀车一刀工件外圆,通过测量出夹具体φ44±0.005mm外圆至工件外圆的距离a值,求得X=d+2(22+a),各参数如图5所示,再将X值输入到相应的刀偏号中,再装上钻具(注意擦净内圆锥孔表面),移动刀架使钻头至工件端面中心处(轻碰工件端面),在相应的刀偏号中输入Z=0。夹具安装时,各螺钉压紧要适中,既要避免夹具变形,又要保证加工过程不能有松动现象,夹具的安装如图5所示。
参考文献:
[1]宋小春,等.数控车床编程与操作[M].广州:广东经济出版社,2002.
[2]李善术.数控机床及其应用[M].北京:机械工业出版社,2002.
[3]叶伯生.计算机数控系统原理、编程与操作[M].武汉:华中理工大学出版社,1999.
[4]严爱珍.机床数控原理与系统[M].北京:机械工业出版社,2001.
[5]王爱玲.现代数控编程技术及应用[M].北京:国防工业出版社,2002.
作者简介:
马兴昭(1975—),男,广东汕头人,广东省工业贸易职业技术学校数控车助理实验师、数控车技师,主要从事数控车实训和理论教学。