经济型数控车床钻孔工裴设计与应用

引言

在广州GSK980TD经济型数控车床上钻孔时,由于刀架工位少,没有安装钻夹头的专用刀位,仍然是在车床尾座上安装钻头,通过转动尾座手轮进行钻孔,因尾座没有自动进给功能,所以操作者劳动强度大,生产效率低,而且钻孔深度不易控制,在批量生产中问题尤为突出,在加工过程中,不能充分发挥数控机床加工高效率、高精度的优势。在此背景下,笔者在综合考虑的基础上,设计出了一套适合数控车床使用,且能够实现自动钻孔,降低操作者劳动强度,节省加工时间,提高生产效率的车床钻孔专用夹具。

1夹具分析

1.1夹具作用

该夹具夹持钻头,装夹到车床刀架上,实现自动钻孔,降低了操作者劳动强度,特别是在大批量生产中,能节省加工时间,提高生产效率:另外,该夹具夹持管刀,可以加工端面槽,在加工工件过程中,能减少装拆次数,节省加工时间,提高生产效率:该夹具也可装夹内孔刀和内螺纹刀来加工内孔和内螺纹。

1.2夹具结构

该夹具的主体结构是一个长方体,总长为6033,总宽为m033,总高为3033:定位通孔直径12EQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(0+0333,考虑到该定位孔要和钻头刀杆、过渡套配合,该定位孔的加工精度确定为.T7,钻孔的精度要求不太高,并且加工过程中,工件不同,该定位孔装夹不同尺寸规格的钻头或过渡套,工作过程中经常需要更换钻头或过渡套,定位孔精度选为.T7,既满足了钻孔的要求,又便于更换钻头或过渡套:两个用于夹紧的螺纹孔,作用是夹紧固定钻头刀杆,结合工件材料、钻头切削力、最大扭矩、夹具定位孔材料的内摩擦力,确定夹紧力的大小,通过估算和经验分析,该螺纹孔尺寸确定为98。

专用夹具零件图如图1所示。

图1专用夹具零件图

2专用夹具的制作

2.1夹具材料的选择

考虑到夹具的使用场合及受力情况,该夹具的材料选用调质m5#钢。m5#钢是中碳结构钢,冷热加工性能都不错,机械性能较好,且价格低、来源广。它的最大弱点是淬透性低,但是m5#钢调质淬火后的硬度能达到HRC56～59,综合机械性能较好,可以满足要求。

2.2专用夹具的制作

第一步,六面体的加工。根据夹具的总体尺寸,在铣床上先加工出四个水平面,再加工出两个铅垂面。

第二步,磨六面。保证夹具六面体各个平面之间的尺寸精度和垂直度。

第三步,定位孔的加工。为了保证钻头轴线与机床主轴轴线等高,应将夹具体装在刀架工位上,将中心钻及钻头安装在主轴卡盘上,确定基准面找正后,用611的钻头钻出钻头安装孔,并留足较削余量,最后用较刀加工出612的定位孔。

第四步,螺纹孔的加工。用66+7的钻头钻出螺纹底孔,用98的丝锥攻螺纹。

3夹具制作及安装要点

(1）为保证钻头轴线与机床主轴轴线等高,应将夹具体装在刀架工位上,将中心钻及钻头安装在主轴卡盘上,找正后,钻出钻头安装孔,并留足较削余量。

(2）为保证钻头安装孔与机床主轴同轴度,安装孔应在数控车床上用H7较刀配较。

(3）为保证夹具强度和耐磨性,夹具体应进行淬火、回火处理。

(m）数车加工时,应根据待加工工件的情况,在该夹具上夹持钻头、管刀、内螺纹刀、内孔刀等刀具,然后定位装夹到数控车床的刀架上,找正,加工工件。

4钻孔应用举例

加工如图2所示的零件。

零件加工的工艺分析如下:

该零件材质是赛钢,前后端面都有锥形槽,侧面有加工槽:前后端面的锥形槽端面槽刀加工,侧面加工槽用3mm切槽刀加工,胶轮的中间是一个尺寸为60mm的定位孔,该定位孔的具体加工过程为:首先用65.8的钻头钻孔,该钻头用专用夹具夹持并安装到2号刀位上,通过程序指令M01控制实现自动钻孔:接着换3号刀进行错孔,该错刀同样通过专用夹具安装到3号刀位上。

考虑到该零件是批量生产,加工定位孔的钻头和错刀分别用笔者设计的专用夹具夹持,安装到车床刀架上。该零件机械加工工艺过程卡如表1所示,在实际加工过程中,确实减少了装夹次数,节省了加工时间,保证了加工孔的深度和表面质量,提高了生产效率。

5专用夹具特点总结

轴孔最常见的加工方法如下:在车床尾座上装夹钻头,人工推动尾座,手摇钻孔,这种方法对较浅的轴孔加工非常方便,加工精度也能保证。

但对那些较深的轴孔,加工起来就很困难了:一方面,手摇尾座钻孔时,尾座套筒行程很短,当手摇进给达到套筒行程极限时,必须再摇回,将整个尾座前推,然后再手摇加工,如此反复进行,劳动强度极大,效率很低:另一方面,当钻完孔后再精加工时,由于受到刀架尺寸的限制,错刀刀杆很细,若孔较深,则错刀的刚度很差,加工精度很差,甚至根本无法加工。更重要的是,由于需要反复间歇性进给,且手摇进给速度也不可能很均匀,加工精度和表面粗糙度都较差,达不到较高的质量要求:对于批量生产的工件,又增加了生产时间,降低了生产效率。

相比之下,采用笔者设计的专用夹具,将钻头和错刀装夹到车床刀架上,实现自动钻孔,既提高了加工质量和生产率,同时又充分发挥了数控车床的优势,具体可解决以下几个问题:

(1）生产实践证明,改进后的加工方法在保证工件加工精度的前提下,使得加工工件的产量比手动钻孔提高了2倍以上:

(2）在钻孔加工过程中,不用再频繁推动尾座,手摇钻孔,工人劳动强度大大降低:

(3）利用程序实现自动钻孔,孔的深度尺寸全部一致,产品合格率可达到97G以上,产品质量得到保证:

(4）此专用夹具造价低,制造简单,对机床本身未做任何改动,不破坏车床原来的任何零部件,实用性强:

(5）此夹具通过和过渡套、弹簧夹头的配合,可以夹持较小直径的钻头,也可以装夹错刀加工端面槽,还可以用来装夹内孔刀和内螺纹刀加工内螺纹:

(6）值得提醒的是,因M%s980KT数控车床刀架强度的关系,笔者不主张用此专用夹具钻直径16mm以上的孔。