數(shù)控螺紋車刀工作角度調(diào)節(jié)器的研發(fā)

楊賢文，彭正

（江蘇省江陰中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 江陰 214432）

0 引言

隨著數(shù)控技術(shù)和數(shù)控編程能力的提高，采用宏程序編程在數(shù)控車床加工上加工形狀復(fù)雜的大型卷筒繩槽、油槽等螺紋類零件越來越普及。由于數(shù)控加工速度快、精度高，為了保證生產(chǎn)質(zhì)量和效益，常采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控機(jī)夾車刀進(jìn)行車削，這類刀具不可修磨。而加工螺紋類零件由于受螺旋升角的影響，為了正常車削，數(shù)控車刀通常需擺動一個螺旋升角的角度進(jìn)行裝夾。一般采用在刀桿底部墊一塊帶有傾斜面的墊片。針對不同螺旋升角的螺紋，車刀需擺動不同的角度，也就需要根據(jù)不同的螺紋準(zhǔn)備相應(yīng)傾斜角度的墊片。同時，針對螺旋升角很大（大于20度）的螺紋，此時車刀刀桿下面的墊片對車刀的裝夾穩(wěn)固將帶來影響。有時，為了使車刀在機(jī)床刀架上裝夾牢固，不得不修磨刀桿的上表面，修磨后的刀桿基本不能再用在其他工作場合，這對于單件小批量機(jī)械加工的經(jīng)濟(jì)性有著很大的影響[1]。

1 數(shù)控螺紋車刀工作角度調(diào)節(jié)器的研發(fā)構(gòu)想

在某個校企合作項(xiàng)目中我們遇到一條高速旋轉(zhuǎn)軸的油槽就是半徑為3mm、螺距為100mm的螺旋槽，螺旋升角達(dá)到28度。起初我們采用在車刀底部墊一片傾斜28度的墊片和刀桿的修磨來解決車刀的裝夾問題。墊片需要單獨(dú)制作，刀具的裝夾定位的精確度和牢固度也存在著困難，但好在我們還是把問題給解決了。但是只要螺旋升角發(fā)生變動，我們就需要制作另外的墊片，同時修磨刀桿，這樣在單件小批量生產(chǎn)的過程中不僅加工效率低，加工成本也高。在完成項(xiàng)目的過程中我們也一直在思考一個問題，如何做出一個裝置來解決螺紋車刀的裝夾問題，不僅能應(yīng)對螺旋角度的變化，同時能有效提高加工效率降低加工成本。三年前我們曾設(shè)計過一個類似數(shù)控螺紋車刀工作角度調(diào)節(jié)的裝置，當(dāng)時采用了內(nèi)外兩層差動齒輪結(jié)構(gòu)，雖能精確控制旋轉(zhuǎn)角度，但裝夾的牢固性和便捷性存在不足，除了能用于加工鋁件等易切削材質(zhì)外，無法用于切削力較大的鋼材等零件的加工。基于以上情況，我們開始了這次有意義的研發(fā)之旅[2]。

1.1 研究的主要內(nèi)容

此項(xiàng)目主要研究數(shù)控螺紋車刀的擺動角度和裝夾的穩(wěn)固性問題，包括以下幾個方面：

（1）兩同心部件間相對旋轉(zhuǎn)角度的控制。

（2）兩部件間的緊固配合及受力穩(wěn)定性。

（3）整個裝置具有足夠的強(qiáng)度和剛性。

1.2 研究方法的選擇和使用

研究該項(xiàng)目的就是要制作出能實(shí)際應(yīng)用的裝置，為了保證試制過程的順暢，我們利用三維設(shè)計軟件首先制作出裝置的CAD模型，其中包含每個零件以及零件的裝配模型，然后根據(jù)設(shè)計模型圖紙?jiān)跈C(jī)械制造設(shè)備上制作出實(shí)體零部件。

2 數(shù)控螺紋車刀工作角度調(diào)節(jié)器的研發(fā)實(shí)施

2.1 解決角度旋轉(zhuǎn)問題

在充分研究前期數(shù)控螺紋車刀工作角度調(diào)節(jié)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)后，我們最終決定還是采用最基礎(chǔ)的內(nèi)外圓柱輪廓面配合來實(shí)現(xiàn)部件間相對角度的旋轉(zhuǎn)，這種方式操作簡單方便、制作加工成本低。通過在裝置端面制作刻度盤，角度控制的精度也能達(dá)到1度[3]。

2.2 解決部件間的緊固和拆卸

在設(shè)計研究過程中，車床尾座套筒中的錐孔與鉆頭錐柄的配合給了我們靈感，小錐度圓錐面配合操作方便并具有較強(qiáng)的自鎖性能。我們就借鑒了這種設(shè)計思路，把兩活動部件間的配合設(shè)計成小錐度的圓錐面，既能方便調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度又能自鎖。同時考慮到螺紋加工時切削力大，不能有任何閃失，我們在圓錐面配合的基礎(chǔ)上在零件的端面處又增加了螺旋緊固結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)活動部件間緊固的雙保險。為了使兩主體部分拆卸更方便，在套筒頭部也采用螺旋結(jié)構(gòu)，該螺母在刀座使用時可以旋下，拆卸時旋上該螺母，通過螺母把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€移動，使兩緊固部件脫開[4]。

2.3 解決具有高強(qiáng)度的整體結(jié)構(gòu)

為了保證裝置具有足夠的強(qiáng)度，主體部分采用一體式整體結(jié)構(gòu)[5]。

3 數(shù)控螺紋車刀工作角度調(diào)節(jié)器的設(shè)計圖和實(shí)際零件圖

圖1 裝置整體設(shè)計圖

圖2 裝置主要零件尺寸圖

4 結(jié)語

數(shù)控螺紋車刀工作角度調(diào)節(jié)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用小錐度面配合，很好地實(shí)現(xiàn)車刀的旋轉(zhuǎn)角度和夾持的穩(wěn)固性；

圖3 裝置實(shí)物圖（含車刀、裝夾用附件）

（2）采用雙螺母緊固組合，既保證錐面配合足夠的強(qiáng)度與剛度，也便于使用和拆卸；

（3）主體采用一體式結(jié)構(gòu)，從而保證整體裝置在數(shù)控機(jī)床刀架上的牢固裝夾。

經(jīng)過實(shí)際加工測試，該裝置的使用效果完全達(dá)到了我們的研發(fā)目的，基本能滿足大螺旋升角螺紋零件的實(shí)際加工要求。

該裝置研發(fā)、試制階段的制作成本相對較低，如果能批量生產(chǎn)還可使生產(chǎn)成本再可降低40%左右，與市場上普及的數(shù)控鏜孔刀座價格相當(dāng)，市場前景廣闊，有一定的推廣價值。