关于数控车床钻孔刀夹的设计研究

陈关洋　郁烨侃

摘 要：为提高数控车床钻孔工艺实施效率，可以结合钻孔生产实际需求，设计一专用夹具，提高产品加工综合质量。文章结合数控车床钻孔工艺特点，对钻孔刀夹设计方案进行了简要分析。

关键词：数控车床；钻孔刀夹；夹具

钻孔是车床加工零件主要工艺之一，数控车床在进行钻孔加工时，与普通车床工艺相同，控制难度高且效率低，需要对其进行设计优化。数控车床零件加工过程中，刀架动作的依据为零件轮廓轨迹以及加工工艺要求，然后对加工工艺进行编程，最后由数控系统来进行有效控制完成最终处理。这样针对数控车床钻孔刀夹进行设计时，就可以将铰刀或者钻头等常用刀具安装在车床刀架上作为一种专用夹具即可。

1 数控车床钻孔刀夹结构设计要点

1.1 刀具安装位置

对数控车床钻孔刀夹结构进行设计时，需要提前做好各项数据信息的整理与分析，将其作为结构设计的依据，提高设计方案的合理性与可操作性。即提前对钻头实际大小、形状以及各结构数据进行掌握，并通过综合分析后确定一个结构设计标准，将其作为结构设计后是否合格的评判依据。其中，对于刀具安装位置的确定，要保证能够在钻孔处理时刀具可以灵活运动，提高加工工艺实施的有效性。一般情况下对于直径在16mm以内的钻头，可以将其外观设计成为直柄形式，而直径超过16mm的钻头，则可以将其外观设计成为锥柄形式，满足实际加工需求。对于直柄形式的小钻头，设计时可以选择以圆柱外围表面为定位基准，常用配套定心设备作为定位元件将刀具夹紧，提高刀具安装位置设计的合理性。

1.2 刀具夹紧方案

为提高零件钻孔过程中工艺操作的有效性，在对钻孔刀夹进行设计时，要保证刀具夹紧效果。钻孔时将钻头轴线作为中心线，详细研究钻头操作技巧，以及各项操作工艺在实际应用中的效果，保证钻头中心线与钻孔轴线的协调性。另外，在零件钻孔处理时，还会受到外界其他因素的影响，因此在对刀夹进行设计时，还需要结合数控车床实际应用情况，对各项因素进行统筹分析，保证刀夹设计方案中刀具夹紧程度能够完全满足钻孔加工需求，将刚硬性保证在设计标准内，提高钻孔定位的精确性。

1.3 弹簧夹筒结构

作为车床零件钻孔夹具的重要配件，在对弹簧夹筒结构进行设计时，需要确保满足车床加工作业需求。常见的弹簧夹筒定位标准为圆锥表面，通过特定的螺帽钉子进行转动，实现弹簧夹筒的正常动作。整个动作流程中，弹簧夹筒圆锥椎体均处于被夹夹具中椎体表面，在特定压力作用下进行收缩，保证钻头中心点被牢牢夹紧，避免在作业过程中随意移动。通过此种设计方法，利用弹簧夹筒进行钻孔处理，钻头定位以及夹紧效果的标准为圆锥内表面为基础实现的。要求加工所选钻头耐磨性可以满足零件处理需求，且要保证其表面粗糙度符合标准。在零件钻孔工艺处理中，弹簧夹筒运行以实际需求为基础，在圆锥与圆柱内部两者间设计一个过渡作用的孔，对弹簧夹筒刀柄槽经过防转销时，夹具内圆锥孔小端以及圆锥小端间相互干涉影响进行消除。

1.4 刀具安装结构

为提高数控车床钻孔刀夹设计效果，满足零件实际加工需求，在设计时应以夹具原本尺寸为依据，重新制定钻头。且需要对钻头进行综合计算，来获得数控车床在水平状态下与刀具间的偏差，然后将此偏差值作为依据，计算得到钻头同心度。另外，在钻孔加工处理时，对于夹具的安装，需要保证其与车床中心线保持平行，即在钻孔过程中钻头也需要与零件中心线保持为一条直线，避免设计偏差影响零件加工效果。

2 数控车床钻孔刀夹设计实例分析

2.1 刀具定位

以广州数控设备厂生产的CJK6132A型数控车床为例，以提高零件钻孔工艺实施的有效性为目的，对数控车床钻孔刀夹设计方案进行简要分析。为便于对中小批量套类零件进行钻孔处理，提高生产加工专业化水平，需要对钻头结构以及尺寸进行控制。本实例中提到的数控车床，钻头为直柄形式，定位基准确定为外圆柱表面，并利用定心夹紧装置为定位元件，钻头设计方案如图1所示。

2.2 夹紧方案

以钻头运行特点为依据，在选择夹紧设计方案时，必须要保证钻头轴线与被加工孔旋转轴线重合。为满足钻孔加工实际需求，要保证夹具有可靠的夹紧力，以及高定位精确度和刚性，另外还应最大程度上来降低结构设计复杂化，保证在实际操作工艺中，能够顺利安装拆卸。此方面可以选择用普通车床以及标准化的弹簧夹筒，实例选择用铣刀弹簧夹筒，可时应各种不同尺寸规格的直柄钻头。

2.3 夹具结构

结合CJK6132A型数控车床结构特点，设计方案所选弹簧夹筒7：24外圆锥表面为定位基准，夹具选择用7：24内圆锥表面为定位元件，其工作原理如图2所示。在螺钉1做转动作业时，弹簧夹筒3会向右方向移动，且受到夹具2内圆锥表面作用力影响，弹簧夹筒椎体部分会进行收缩，达到夹紧钻头的目的。对于弹簧夹筒钻孔夹具整个作业过程中，为保证内圆锥表面工作效率，需要重点对其设计，保证其具有较强的耐磨性能，本车床夹具结构表面粗糙度设计为Ra1.6μm。对于车床钻孔夹具的设计，还需要提高设备运行加工经济性，刀架不选择用常见四工位自动换刀设备，而是选择将夹具外形设计成为方形结构，可以实现回转体刀柄刀具的安装。另外，夹具要被安装在刀架结构上，在设计时应以刀架结构为依据，以满足实际生产需求为目的，对结构进行设计优化，最终刀架结构宽设计为36mm，高为38mm，满足夹具安装需求。

2.4 夹具安装

结合数控车床夹具结构特点分析，在垂直方向上钻头中心比较高，为保证中心位置的合理性，需要由夹具自身结构尺寸控制。而对于其在水平方向上的同心度，则通过夹具外圆尺寸以及间接工件外圆尺寸控制。另外，为保证实际钻孔作业时，钻头轴线与零件轴线平行，在安装夹具时，应保证其基准面与车床轴线处于平行状态。

2.5 精确度分析

影响对孔精确度主要因素为夹具与零件间的同轴度，而影响钻孔尺寸精确度的因素则为刀具自身的精确度，因此对数控车床夹具结构设计完成后，还需要检查其精确度，确定误差产生的原因，采取措施进行处理。另外，在夹具使用过程中，圆锥内部孔轴线与夹具定位面间也会存在一定的偏差，进而会造成孔中心轴出现偏差，需要作为研究控制的要点。

3 结束语

数控车床零件钻孔处理工艺存在一定缺陷，为改善此类问题，需要对钻孔夹具结构进行设计优化。要从实际需求出发，详细分析各环节设计要点，提高设计方案的可操作性与专业性，减少设计误差的存在，提高结构设计综合效果。

参考文献

[1]马兴昭.浅谈数控车床钻孔刀夹的设计[J].职业教育研究，2010，4：122-123.

[2]王姝英.数控车床钻孔刀夹的设计探讨[J].中国高新技术企业，2013，12：28-29.