数控车床钻孔刀夹的设计探讨

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摘要：夹具是金属切削加工过程中不可缺少的工艺装置，合理地选择和使用夹具能够提高金属加工的质量，提高生产效率，降低企业的生产成本。基于此，文章以广州数控设备厂生产的CZK6132A型数控车床为例，详细地阐述数控车床钻孔刀夹的设计。

关键词：数控车床；钻孔刀夹；夹具设计；弹簧夹筒

中图分类号：TG519 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0028-02

通常来说，在加工套类零件的过程中，车床上都会根据需求钻孔，而以往钻孔采用的一般方法都是将钻头直接套在尾座的套筒上或采用钻夹头、附加变径套等，这种传统的做法往往需要消耗很大的劳动强度，且生产效率不高。近几年，随着科技的发展，数控车床逐渐被应用到机械制造等多个领域中，但是大部分数控车床的尾座并不能自行控制运动，其钻孔、铰孔及扩孔等操作往往采用普通车床的方法。这样一来生产中、小批量的套类零件过程，不仅需要消耗很大的劳动强度，还会降低零件生产的效率，影响其质量。由此可见，数控车床的钻孔刀夹设计就显得尤为重要。

1 夹具的设计构思

目前，零件的加工一般都是在数控车床上进行，数控车床会根据所加工的零件的实际需求及其轮廓轨迹，并通过严谨科学的数据编程，实现对刀架动作的自动控制。对此，夹具的设计就相对简化了，即只要能设计制造出一种专用夹具，保证将钻头等刀具顺利安置在数控车床的刀

架上。

2 夹具结构设计方案

2.1 钻头等刀具的定位方案、定位元件和定位方法

在进行夹具设计时，需要事先按照钻头的尺寸、形状及其结构，制定严格的标准，保证零件生产的系统化和专业化。为了保证刀具在安装和使用的过程中更加的方便，通常会将直径较小的钻头（不大于16mm）设计成直柄，对于直径大于16mm的钻头一般设计成锥柄。其中直柄的钻头通常情况下的定位基准是外圆柱表面，而其定位元件一般也会选择定心夹紧装置。

2.2 钻头等刀具的夹紧方案、夹紧装置及夹紧方法

在确定钻头的轴线时，要充分分析钻头的作用和使用特点，保证钻头的轴线和需要加工的孔的旋转轴线一致。同时综合考虑数控机床的特点和其对夹具的需求，保证夹具的夹紧力强，刚性可靠，提高定位能力，保证精度，夹具的结构要尽可能的简化，以保证在进行安装及装卸时简单方便。实行过程中，为了能够适应不同尺寸规格的直柄钻头的夹具（刀夹）设计要求，可以选择普通铣床上的铣刀弹簧夹筒等已标准化的弹簧夹筒，利用弹簧夹筒所具有的弹性变形力实现钻头定心，提高钻头的夹紧力。

2.3 确定弹簧夹筒钻孔夹具结构

弹簧夹筒作为夹具中的主要构件，根据构造的需求和特点，通常情况下选择7∶24的内外圆锥表面作为弹簧夹筒的定位基准和定位元件。通过转动特定的螺钉可使相应的弹簧夹筒向右移动，促使弹簧夹筒的锥体部分在夹中圆锥表面的作用力下进行收缩，最后达到钻头的定心夹紧。在实际运用弹簧夹筒钻孔夹具时，通常是通过内圆锥表面完成钻头定心和夹紧的主要工作表面，因而选择钻头的时候，一定要选择耐磨性强的，表面粗糙度是Ra1.6μm。在使用弹簧夹筒的时候，可以适当地在内圆锥孔与内圆柱孔之间设置一个过渡孔，以避免当弹簧夹的筒刀柄槽经过防转销时夹具内的圆锥孔小端与圆锥小端相互干涉。在此，本文为经济型数控车床的刀具选择一种比较简单的四工位能实现自动换刀的设备。因而夹具的外形要设计成方形的。根据车床实际的中心高，内圆锥孔轴线到夹具底面基准表面的高度要设计为20mm，误差在0.005mm范围内。为了保证夹具的顺利安装，要充分分析刀架的实际构造，设计的刀夹的宽为36mm、高应为38mm。

2.4 钻头等刀具对刀和夹具的安装方案

通常钻头的中心高要依据夹具自身的结构尺寸来确定，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，通过对刀来综合得到的数控车床在水平方向上对刀偏差值来确定钻头的同心度。此外，在安装家具的过程中，要确保家具和同车床的轴线保持平行，以便保证在使用钻头过程中保持钻头轴线与工件轴线在同一直

线上。

3 夹具的精度分析

数控车床利用该夹具进行加工的过程中，降低孔精度的直接因素是相关器件的同轴度，为了提高孔尺寸的精确度，可以通过刀具的精度来确定。下面对孔的同轴度进行详细的分析和计算：（1）误差通常是由于基准不符造成的；（2）夹具在安装过程中，由于内圆锥孔轴线与夹具定位面A之间的尺寸误差以及主轴轴线与内圆锥孔轴线的平行度误差等原因会造成被加工孔的轴线同轴度出现误差；（3）由于钻头的跳动、结构的调整以及滑板间隙等加工方法也会导致一定的误差，通常误差值是0.02mm左右。以上三种误差因素能导致的最大误差为0.04mm。

4 结语

总而言之，随着社会和经济的快速发展，我国的市场经济越来越完善，企业面对的竞争越来越激烈。对此，夹具作为金属切削加工过程中不可缺少的工艺装置，要不断地改进和优化数控车床钻孔刀夹的设计，来提高金属加工的质量，提高企业的生产效率，降低生产成本，增强企业的竞争力。

参考文献

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[2] 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）.

[3] 甘成君.数控车床刀架钻夹的设计与使用[J].机床与液压，2009，（5）.

[4] 燕峰，熊文伟，屈楚柏.数控车床四工位刀架上安装麻花钻夹具设计[J].煤矿机械，2012，（4）.

作者简介：王姝英（1983—），女，广东梅州人，广东省高级技工学校机械工艺二级实习指导老师，研究方向：数控机械。