加工大直徑深盲內孔的專用夾具設計

周興俊

（開平市機電中等職業技術學校，開平 529300）

1 加工技術難點

第一，深盲孔在加工過程中很難看清刀具切削、磨損和工件表面粗糙度等情況，且切削熱很難散失，導致刀具參數設計十分艱難，因此它對使用數控車削時刀具的運用穩定性和編程工藝要求較高。第二，它在大直徑的內盲孔內部，且加工大螺距的內螺紋，切削量大，排屑困難。第三，在普通車床上加工大直徑、深盲內孔等零件鉆孔時，通常將鉆頭安裝在尾座進行鉆孔、擴孔或鉸孔，勞動強度大、成本高、生產率低，難以實現高效加工。第四，因為大直徑零件是數控機床加工范圍的極限值，所以高速穩定的加工尤為重要。第五，深盲內孔大螺距的內螺紋不能換頭加工，所以設計加工專用夾具和刀具才能滿足要求。第六，要求應用高壓力部分，加工精度要求較高，加工難度大[1]。針對以上問題，探究深盲孔加工的有效方法成為加工工藝方面的重要研究課題。本文通過設計刀具和夾具進行結構分析和優化設計，以期合理設置數控車床的參數。

2 圖樣和材料分析

金剛石壓力機的超高壓缸體零件見圖1，材料為40GrNiMo，調質為286-310HB，表面粗糙度為0.5 μm， 要求滾壓處理。交變壓強約為100 MPa，會出現裂縫等情況。零件加工生產周期長，成本高。毛坯鍛造，模具周期長，成本高[2]。

圖1 金剛石壓力機的超高壓缸體零件圖（單位：mm）

按照工藝流程，先加工成零件內孔直徑為236 mm、 深為258 mm的盲孔。為了加大深孔，工件按常規鏜擴孔加工，加工量較大。每加工一個工件需要將100 kg 的材料全部切成鐵屑，存在刀具損耗大、加工效率低、投入成本高的缺點。另外，切削加工存在加工氧化大、切削阻力高、切削溫度高、刀具壽命短以及不易粘刀屑等問題。因此，切削加工過程中必須采取有效措施來提高切削加工性[3]。

端面環形槽結構圖，如圖2所示。先加工端面圓環槽，再使用專用的可活動套型切槽刀切斷芯料。

大灣區內部存在明顯的發展不平衡、不充分問題。以廣州—深圳—香港為代表的珠江東軸經濟圈聚集了經濟總量的60 %以上，而佛山、中山、珠海等珠江西岸地區經濟發展相對落后。造成這種現象的一個重要原因就是連接珠江東西兩岸的交通基礎設施建設滯后，阻礙了人流、物流、金流、技術等創新資源和要素的跨區域高效流動。深圳、香港的產業轉移和經濟輻射無法有效擴散到珠西地區,在資本、人才、技術等要素收益率差異明顯的情況下，大量創新資源必然從粵港澳大灣區西軸轉移到東軸。

圖2 端面環形槽結構圖（單位：mm）

3 零件加工過程的難點

G00 X216 Z5 M3 S500

3.1 夾具改進

零件直徑過大，普通卡爪無法裝夾，因此制作如圖3所示的卡爪。材料為A3鋼，輪廓由數控銑床完成，在R250數控車床裝上卡爪后車削完成[5]。由圖3可知，將改進的卡盤卡爪部分裝在兩個孔上，剛好是原卡盤所對應的內螺紋孔。

圖3 改進卡爪圖（單位：mm）

3.2 刀具選擇

馬奴托海是土爾扈特汗國著名汗王阿玉奇汗的牙帳所在地。在記實尋覓見聞之前先追述一下17世紀30年代以降土爾扈特汗國(也就是卡爾梅克汗國)在伏爾加河流域的歷史軌跡。

使用原來加工螺紋孔的圓孔座將刀桿裝夾在數控機床的刀架上。其中，刀頭設計如圖6所示，刀片材料選用硬質合金。使用G74端面軸向環向加工的特點是分段切削，刀頭寬為15 mm。圓頭設計使得切削的面呈半圓形，大大減少了刀具的切削負荷，同時改善刀具的切削環境。為了合理設計芯片尺寸的斷屑槽，應采取合理的流屑角控制方法。圓頭端面圓環槽結構如圖7所示。

圖4 刀具裝夾

3.3 加工端面環形槽

程序代碼如下

圖5 鎢鋼抗振刀桿結構圖

在不同照度下，將采集的數據用上文的濾波器處理后，計算圖像每一列均值和整幅圖像均值的差值曲線，如圖4所示，隨著照度的增大，列平均值與全圖均值的差值隨著輻照度增大先增大，當照度達到飽和點時，差值開始降低。

圖6 圓形刀頭結構圖（單位：mm）

圖7 圓頭端面圓環槽結構圖（單位：mm）

為了使盲內孔的專用夾具能更好防振，端面圓環切槽刀設計為機械夾固式結構。刀頭1通過螺紋與刀桿固定，使用導向塊限位刀桿，采用規格為銑刀桿977HM-3032M16-300L-Y180鎢鋼抗振刀桿，如圖5所示。其中：L的長度為300 mm；刀桿的加工部分L1為180 mm，完全滿足加工的深度要求；刀頭部分為30 mm直徑的圓頭端面圓環槽刀面。

G74 R0.5

零件回轉直徑太大，導致數控車床裝夾后與中拖板干涉，無法以正規裝刀方式進行加工。但是，普通車床加工的速度又遠遠達不到要求，所以需要制定加工工藝和合理選擇加工所需的刀具。由圖1可知，左邊部分難點為加工水平線上的兩個螺紋孔。此處加工表面量較大，裝夾加工困難，零件直徑較大，需要改進裝夾卡盤[4]。

O8888

加工直徑為320 mm的外圓和R30的半圓角，并使用M28的鉆頭加工水平線上的兩個圓孔，刀具裝夾如圖4所示。

G74 X136 Z-150 P3000 Q5000 F50 M30

3.4 活動切斷刀的結構設計

活動切斷的結構原理，如圖8所示。刀頭1隨刀環2繞軸9旋轉成圓周運動，與主軸的運動形成球面的切削加工。為了支持連接車尾，通過橫向絲桿手柄調整螺釘、銷釘板、刀排中心以及機床主軸的同軸度。搖動手輪使刀行回到起始位置，啟動冷卻泵和機床主軸。搖動手輪推動推桿前進，使刀通過鉸繞旋轉軸轉動，同時刀頭1切割工件直至芯被切斷。刀具與芯一起排出工件。導向裝置安裝在刀列內支撐核心，使得切割工具在芯被切斷時偏斜。相同尺寸下，芯片空間大于內部芯片空間。其中，芯片空間為10 mm，芯片直徑應小于芯片空間的1/3。切削液進入料芯與刀體間的切削區域，芯片被夾在刀體與工件間。切削液體流量應不小于150 L·min-1。

語文閱讀培養學生的理解能力和閱讀技巧，不僅對提升語文素養有著重要作用，對于學生未來的學習生活和社會生活也有長遠的影響，因此閱讀能力對學生的綜合素質發展十分關鍵。俗話說“一千個讀者就有一千個哈姆雷特”，這代表著在統一的閱讀行為下，每個人對于文本都有不一樣的理解和看法。在語文閱讀的培養中，老師要引導學生學會自主思考，從書中讀出個性化的樂趣與感受，這是當前老師在閱讀教育中面臨的巨大挑戰。

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圖8 活動切斷刀的使用結構

4 結語

采用活動自制專用切斷刀加工大的內孔內芯，可以克服硬材料的加工難點，具有切削輕快、保證質量以及節約金屬材料等優點，有利于大幅降低刀具消耗，消耗成本僅為傳統“鉆—擴—堂”工藝的7%～12%，可大幅減少工藝成本，提高效率，加工工時縮短為原來粗加工工時的50%，在提高生產效率、深大孔的加工精度、勞動強度和減少生產成本等方面效果顯著，具有一定的通用性。