数控车床刀架钻夹系统的设计及使用研究

[摘 要]目前数控车床大部分都是使用四工位立式数控刀架。由于刀位限制此种刀架没有设有专门用于安装钻头的刀位，想把钻头准确定位并装夹在数控刀架上极为困难。但如果用钻夹把钻头安装在刀架上，用指令进行钻孔，则能够在车床上实现数控钻孔功能，在批量生产时，无论是在提高生产效率方面，还是减轻劳动强度方面都十分明显，其优势不言而喻。

[关键词]数控车床；刀架钻夹系统；设计及使用；

中图分类号：C39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0077-01

引言

目前在我国机械加工领域中使用的数控车床大部分都是经济型数控车床，特别是在私营企业、国有小企业、教学单位和西部落后地区使用的数控车床90%以上为经济型数控车床，并且有一部分数控车床还是用普通车床改装而成。这些数控车床都是使用四工位立式数控刀架，机床的局限性造成钻头装夹时定位精度不高，难以达到加工要求，把钻头准确定位并装夹在此类数控车床的刀架上就成为一个技术难点。

0.数控车床钻头夹具的设计要求

①可以保证工件稳定的加工精度；

②确保安装、加工工件时操作安全；

③装夹操作要省时、省力和方便。在结合经济性的情况下，尽量采用气动、高效自锁机构等自动化夹紧装置，提高装夹速度；

④应具有良好的结构工艺性。

1.设计方案比选

笔者在总结现有经验的基础上，设计了一种实用新型数控车床刀架钻夹，使用它装夹钻头既能够方便、快捷地把钻头安装在数控车床刀架上，又能够使钻头定位准确。具体技术设计方案如下：方案1（参见图1-3）：

此设计方案的数控车床刀架钻夹适用于直柄钻头及中心钻，其包括钻夹体1、螺丝孔2、V形槽3、夹紧垫片4、V形块5等要素。在钻夹体1一侧开有3个螺丝孔2。

方案2（参见图4）：此设计方案的数控车床刀架钻夹适用于锥柄钻头，钻夹体1设计为长方体，在钻夹体1长度方向水平设置一个莫氏锥孔2，在莫氏锥孔尾部水平设置一个扁孔3，用来配合钻头锥柄尾部的扁榫，以防止钻头打滑及拆卸钻头。

2.设计原理及说明

方案1：（1）如图1所示，钻夹体1为长方体，其各面及各面之间的平面度、垂直度、平行度都有适当的精度要求（主要的形位公差如图所示），以保证钻夹体1在数控刀架上的定位精度，从而保证钻头的定位精度。（2）在钻夹体内，水平设置一条V形槽3，V形槽3的中心线与钻夹体平行，V形角的角平分线与水平面平行，这样就使得尺寸大小不等的钻头安装在V形槽里夹紧之后其中心高度都是一样的，且V形槽的中心线高度相等。（3）钻夹体底面到V形槽的中心线的高度H，设计与数控刀架车刀支承面到车床主轴中心线的高度相等，这样钻头在安装使用时，在高度方向上无需再用垫片调整。（4）钻头用3个内六角螺栓夹紧，图3的垫片安放在钻头与螺栓之间，用于夹紧尺寸大的钻头，目的是在夹紧钻头时使钻头受力均匀，防止钻头弯曲变形、夹伤等；图3的V形块亦安放在钻头与螺钉之间，主要用于装夹尺寸小的钻头。

方案2：该钻夹外形为长方体设计，其各面及各面之间也都有相应的平面度、垂直度、平行度等形位公差的要求（主要的形位公差如图4所示）。在长度方向水平设有一莫氏锥孔，垂直于锥孔在锥孔后面水平设置有一扁孔，以配合钻头锥柄后端的扁榫，目的是防止钻头打滑转动及拆卸钻头。钻夹的后部在与锥孔同一轴心线上开一螺丝孔，此孔与扁孔、锥孔连通，拧进螺丝即可把钻头从锥孔推出。底面到莫氏锥孔中心线的高度H，与刀架车刀支承面到车床主轴中心高度相等，钻头在安装使用时无需再用垫片调整。

3.使用方法

（1）安装

方案1：参照图1-4所示，安装前先把刀架的刀位擦干净，把钻夹的V形槽及底面（A面）和垂直面（B面）吹洗干净，安装时，首先把钻头插入V形槽3里套入垫片5，用螺丝2夹紧，然后把钻夹安放在刀位上（注意把钻夹与刀架的各接触面压平、贴紧），再用刀架螺丝夹紧钻夹安装即完毕。

方案2的安装与方案1同理。

（2）对刀

钻头在安装完毕之后与其它刀具一样还要进行对刀才能使用，本人在实践中总结出钻头常用的对刀方法有以下三种（因Z轴方向对刀比较容易在此不作陈述）：

目测对刀法。就是移动钻头用眼睛观测，当观察到钻头中心与工件旋转中心一致后，设置钻头X方向的刀补。

定点对刀法。像其它刀具一样移动钻头使钻头的棱边轻轻接触到试车过的外圆处，然后设置钻头X方向的刀补（注意要加上钻头的直径值）。

对中法。如数控铣床对刀的方法一样，启动主轴，移动刀架使钻头先后与试车过的工件前后两边轻轻接触，2个接触位置的平均值即为工件旋转中心。用G00指令把钻头移动到中心位置，再设置钻头X方向的刀补。

（3）换刀

因钻头磨损需刃磨或更换时，只需松开夹紧钻头的螺丝2（方案2拧进螺丝顶出锥钻头）即可把钻头卸下，此时钻夹仍牢牢固定在刀架上，然后把新钻头插入V形槽（方案2为锥孔，注意拧退卸刀螺丝）夹紧，对Z方向重新对刀即可使用。如果是钻通孔或孔深精度要求不高，对于方案1换刀时还有一捷径，即先进行前面程序的加工直到调出钻头并快速定位到起刀点，即G00X0Z3处，然后暂停，再把钻头从钻夹后面插入，用目测方法，当钻尖到达Z3处后夹紧即可继续进行加工。

4.局限性

（1）因受刀架装刀位置高度尺寸的影响，钻夹的V形槽（或锥孔）不能做得太大，因此在使用直径大的钻头时有一定局限性。

（2）钻头装夹时的定位精度受刀架精度影响，在钻深孔时，仍需根据试钻情况对钻头进行微调。

5.结束语

此钻头夹具在长达一年的实际加工作用过程中，已证实其所钻之孔均能达到10至12的公差等级精度，钻头的使用寿命亦不受到额外影响。实践证明此钻头夹具具有结构简单、实用方便、安全有效等优点。在批量生产中与使用尾座对比，生产效率明显提高，工人的劳动强度明显降低。

参考文献

[1]李军波.在数控车床上自动钻孔夹具的设计与制作[J].机械工程师，2012，07：127-128.

[2]王景玉.数控车床钻中心孔夹具的创新设计[J].金属加工（冷加工），2013，13：40-41.