刀柄式快換鉆夾頭技術(shù)的延伸與發(fā)展前景

本文主要介紹了新型刀柄式快換鉆夾頭結(jié)構(gòu)組成、夾頭性能以及刀柄式快換鉆夾頭技術(shù)的延伸與發(fā)展前景。該新型夾頭具有無(wú)間隙、高剛性的特點(diǎn)，而且裝卸刀具操作方便快捷?？鞊Q鉆孔攻螺紋夾頭的可換套與主體的配合一般都是直插式配合，裝卸時(shí)都是移動(dòng)外圈達(dá)到插入和取下的目的，可換套與主體孔都有一定的配合間隙。要使快換夾頭像數(shù)控刀柄一樣無(wú)間隙、高精度，是我們一直以來(lái)追求的目標(biāo)。我廠(chǎng)對(duì)快換夾頭的研究已經(jīng)有15年的歷史，對(duì)國(guó)內(nèi)外快換夾頭有一定的研究，但是快換夾頭剛性好的同時(shí)真正要達(dá)到無(wú)間隙，不是一件容易的事。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)積累和無(wú)數(shù)次的試驗(yàn)以及反復(fù)修改優(yōu)化，終于實(shí)現(xiàn)了一種全錐式插入方式，仿數(shù)控刀柄的無(wú)間隙精密快換夾頭，并申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。產(chǎn)品經(jīng)過(guò)了近7年的使用，實(shí)踐證明，該夾頭性能可靠，真正做到了無(wú)間隙、高剛性、操作裝卸刀具極其快捷。由于采用了仿數(shù)控連體刀柄結(jié)構(gòu)，因此，使用時(shí)可以像數(shù)控刀柄一樣掛在刀架上。這樣，可以做到真正的文明生產(chǎn)，快換刀柄也不會(huì)再有互相磕碰損壞的情況出現(xiàn)了。本文詳細(xì)介紹這款刀柄式精密快換夾頭，希望可以借此進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，讓廣大機(jī)械工人對(duì)該夾頭有一個(gè)較為全面的了解。在鉆、擴(kuò)、鉸、攻、擠等機(jī)械加工頻繁換刀時(shí)，也可以對(duì)孔加工工藝、機(jī)床和工具有更多的選擇方案，能夠選擇經(jīng)濟(jì)合適的機(jī)床加工完成復(fù)雜的孔，以降低加工成本、提高工效。另外，申請(qǐng)專(zhuān)利時(shí)該夾頭具有低壓內(nèi)冷卻功能，但是由于目前鉆床主軸都沒(méi)有內(nèi)出水，所以現(xiàn)在生產(chǎn)的夾頭暫時(shí)不具備這項(xiàng)功能。1.刀柄式快換鉆夾頭結(jié)構(gòu)如圖1～圖3所示，可換刀柄和主體的配合為1∶3錐度配合。其結(jié)構(gòu)原理為：當(dāng)可換刀柄插入主體，接觸到推桿時(shí)，推桿就向軸向內(nèi)縮進(jìn)去；當(dāng)移動(dòng)到可換刀柄頭部連體拉釘凹處時(shí)，3個(gè)均布的斜壓柱在斜壓圈和彈簧的作用下，將斜壓柱向徑向軸心移動(dòng)，依靠斜壓柱頭部與可換刀柄連體拉釘處配合的斜面接觸，迫使可換刀柄向主體軸向移動(dòng)，錐面緊貼配合。同時(shí)，當(dāng)斜壓圈在彈簧的作用下移動(dòng)時(shí)，也推動(dòng)外壓圈，外壓圈在移動(dòng)時(shí)迫使定位鋼球向內(nèi)縮，外壓圈繼續(xù)向下移動(dòng)至擋圈位置時(shí)，3個(gè)均布的鋼球就向徑向內(nèi)移動(dòng)，至可換刀柄球窩內(nèi)傳遞扭力。另外，可換刀柄均布球窩角度α一般取9°～18°，這樣便于插入，如果是要求在高速下插入，α可以增加到30°。圖11.擋圈2、5.鋼球3.彈簧4.固定圈6.外壓圈7.斜壓柱8、14、17.彈簧9.斜壓圈10.緊固螺釘11.彈出銷(xiāo)12.推桿13、18.彈性銷(xiāo)15.主體16.外殼圖2圖31.可換刀柄2.鋼球3.外壓圈4.主體當(dāng)卸下刀具時(shí)，一手握著可換刀柄，一手將外壓圈上移，當(dāng)外壓圈移動(dòng)時(shí)就頂著斜壓圈一同向上。同時(shí)，斜壓柱沿著斜壓圈斜面往徑向外移動(dòng)，推桿在彈簧的作用下恢復(fù)到前端，固定斜壓柱，由彈性銷(xiāo)控制推桿的移動(dòng)距離，外壓圈移動(dòng)到上面時(shí)，鋼球回彈復(fù)位，將外壓圈定位在上面，鋼球也退出球窩，取下可換刀柄。另外，為了保證刀柄在使用中的更換可靠性，同時(shí)防止萬(wàn)一有微量切屑帶入主體，導(dǎo)致可換刀柄被卡死在主體中，在斜壓圈向上移動(dòng)時(shí)，迫使3個(gè)均布彈出銷(xiāo)的斜面向徑向內(nèi)與推桿內(nèi)側(cè)外徑斜角接觸，依靠斜面起到使可換刀柄強(qiáng)制彈出的作用；彈性銷(xiāo)與斜壓圈滑槽配合，是為了防止夾頭不停車(chē)使用時(shí)斜壓圈轉(zhuǎn)動(dòng)移位。2.刀柄式快換鉆夾頭的性能及使用由于直柄鉆頭采用了ER筒夾裝夾，因此剛性足，平面鉆孔鉆頭滿(mǎn)5mm就無(wú)需鉆預(yù)孔，不會(huì)出現(xiàn)偏移現(xiàn)象。我公司在炮塔銑上采用8mm硬質(zhì)合金鉆頭鉆孔，不鉆預(yù)孔，采用普通切削液，選取轉(zhuǎn)速2220r/min，材料GCr15球化退火狀態(tài)，實(shí)際鉆孔尺寸為8.01mm。另外，NT主體夾頭可以進(jìn)行锪平輕銑加工。任何柄部主體夾頭均可以進(jìn)行斜面锪平、立銑刀半邊鉆等加工。該夾頭攻螺紋部分（見(jiàn)圖4）均采用最新設(shè)計(jì)的雙向伸縮主體可換刀柄，具有外徑小巧的特點(diǎn)。如M8～M30攻螺紋主體，直徑D1=54mm，L1=79mm，便于握拿操作，全部配套標(biāo)準(zhǔn)扭力安全攻螺紋夾頭。而另外一種扭力攻螺紋刀柄的長(zhǎng)度更短，中號(hào)L1僅為33mm。外壓圈不是向軸向移動(dòng)壓住攻螺紋夾頭，而是以旋轉(zhuǎn)的方式卡住夾頭，靠扭簧來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)回，裝卸非常方便。絲攻插入扭力夾頭后伸出距離與鉆頭相當(dāng)。圖41.攻螺紋刀柄2.彈簧3.鋼球4.固定圈5.螺釘6.絲攻7.扭力夾頭8.扭簧9.外壓圈10.移動(dòng)套11.固定套12.內(nèi)六角圓柱頭螺釘在更換便捷性方面，夾頭與普通快換夾頭有著本質(zhì)的區(qū)別，插入可以單手操作，插入后夾頭無(wú)間隙，插入過(guò)程在一瞬間完成。在精度方面，經(jīng)過(guò)實(shí)際檢測(cè)鉆頭跳動(dòng)，距主體孔外90mm處，跳動(dòng)為0.012mm，其主要為機(jī)床、夾頭和ER夾頭的積累誤差。在夾頭裝卸刀具空間尺寸方面，該夾頭也有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。由于是錐孔配合，可換刀柄的裝卸實(shí)際距離比普通快換夾頭短得多，因?yàn)榭蓳Q刀柄可以斜著進(jìn)出裝卸，如中號(hào)的刀柄裝卸最短安全距離僅為45mm，這樣可以節(jié)約機(jī)床工作臺(tái)的空間。該夾頭特別適用于精度比較高的普通鉆床、炮塔銑、無(wú)自動(dòng)換刀的數(shù)控鉆床和鏜床。若需要自緊鉆夾頭或普通鉆夾頭裝夾鉆頭，則在莫氏孔可換刀柄中加接桿即可。刀柄擱架（見(jiàn)圖5、圖6）是此快換夾頭的一種加工時(shí)方便操作的輔助附件，使用時(shí)應(yīng)該放于拿握刀柄操作順手的那一側(cè)，可以防止刀具互相磕碰損壞，提高工效。刀柄擱架由于包裝的原因，只提供4個(gè)刀柄位置，如果一次工藝要求刀柄使用較多，可以使用兩個(gè)擱架連接。擱架下面的支架需要自行安裝，具體如圖6所示。整個(gè)擱架由擱板、M6螺釘螺母、4mm×4mm角鐵、支架、鐵管、緊固螺釘和底板組成，高度根據(jù)情況可以調(diào)節(jié)。角鐵與支架的連接可以采用電焊。圖5刀架圖6刀架示意圖1.擱板2.M6螺釘螺母3.4mm×4mm角鐵4.支架5.鐵管6.緊固螺釘7.底板直柄刀具的裝夾有專(zhuān)門(mén)的裝卸套附件（見(jiàn)圖7），把裝卸套放在臺(tái)鉗上面夾住，然后把ER可換刀柄插入其中，移動(dòng)外壓圈即可使用。如此，刀具的裝夾可以不在機(jī)床上進(jìn)行，保證安全。圖7裝卸套1.鋼絲擋圈2.本體3.外壓圈4.鋼球5.阻尼鋼絲莫氏錐柄刀具的裝夾有保護(hù)套（見(jiàn)圖8）配合使用，由于莫氏錐柄刀具屬于小錐度自鎖方式，插入可換刀柄時(shí)需要一定的外力，而卸下來(lái)時(shí)需要斜鐵敲擊，所以必須要和保護(hù)套附件一起使用，這樣可以保證莫氏可換刀柄不會(huì)敲擊損壞。圖8莫氏刀柄裝卸保護(hù)套該夾頭在使用時(shí)必須保持夾頭清潔和文明生產(chǎn)。夾頭插入機(jī)床主軸孔時(shí)，必須將夾頭柄部的防銹油擦凈，并把機(jī)床主軸孔擦凈。如果有毛刺或者接觸不良的現(xiàn)象，要及時(shí)進(jìn)行處理，有條件的可以用檢測(cè)棒檢測(cè)精度，然后握住夾頭外殼用小力插入即可；大號(hào)規(guī)格無(wú)法手握的，可以將夾頭放在工作臺(tái)上，墊上平整軟鐵，對(duì)準(zhǔn)后輕輕操作即可，嚴(yán)禁野蠻操作，以防止夾頭損壞、喪失精度。在搖臂鉆上使用時(shí)，移動(dòng)搖臂時(shí)千萬(wàn)要注意零件的高度，防止與工件相撞損壞夾頭。在加工鑄鐵零件有粉塵的情況下，要求每天卸下并在煤油中浸泡清洗，清洗時(shí)可以移動(dòng)外壓圈和用小鐵棒移動(dòng)推桿多次，讓臟污排出，并適當(dāng)擦一點(diǎn)防銹油。加工鋼件時(shí)則視情況而定進(jìn)行清洗，如果是不停車(chē)使用，則需要在老師傅的指導(dǎo)下進(jìn)行，確保操作安全。如果長(zhǎng)期停用，夾頭應(yīng)該涂防銹油保存。此全錐式配合快換夾頭最大的制造難點(diǎn)在于精磨主體錐孔，由于孔的大小頭相差非常大，且砂輪小，磨削效率低；并且孔比較深，孔表面硬度又達(dá)60HRC。因此，此夾頭內(nèi)孔的加工難度比7∶24主軸孔難度還要大得多。以中號(hào)主體為例，孔小頭直徑17mm，而大頭有44mm。主體內(nèi)孔不僅是要保證很低的表面粗糙度值和圓度，還要保證孔的尺寸精度在很小的范圍誤差內(nèi)，這樣才能使可換刀柄有良好的互換性和插入始終在統(tǒng)一的深度。我公司設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)的工藝檢測(cè)工具來(lái)保證這個(gè)最關(guān)鍵的部分，確保了夾頭的整體性能。3.基于刀柄式快換夾頭系統(tǒng)的新型鉆床項(xiàng)目新型鉆床項(xiàng)目是基于刀柄式快換夾頭系統(tǒng)優(yōu)異的性能而延伸出來(lái)的一種產(chǎn)品，也是這個(gè)技術(shù)的最終產(chǎn)品。由于該快換夾頭系統(tǒng)的可換刀柄采用了全錐形仿數(shù)控刀柄式連接，性能優(yōu)異、連接可靠、精度高，使用壽命長(zhǎng)，不容易磨損。因此，可以作為一種新的以手動(dòng)更換刀具鉆床類(lèi)機(jī)床刀柄與機(jī)床主軸的連接技術(shù)，生產(chǎn)立式鉆床、搖臂鉆床及經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床等其他鉆孔機(jī)床。機(jī)床可分為普通快換式和內(nèi)冷卻快換式兩個(gè)系列。普通鉆孔類(lèi)機(jī)床，刀具與主軸的連接一般均為莫氏錐孔方式。傳統(tǒng)莫氏錐孔主軸刀具的裝夾特點(diǎn)是利用很小的錐度自鎖角度將刀具柄部鎖緊。當(dāng)卸下來(lái)時(shí)，在莫氏錐柄尾部的傳動(dòng)扁部用卸套器（斜鐵）用外力將其敲擊，使刀具卸下。這種傳統(tǒng)莫氏錐柄孔主軸連接刀具的鉆床缺點(diǎn)是：①刀具裝卸麻煩。②主軸精度經(jīng)長(zhǎng)期敲擊后容易喪失。③無(wú)法使用內(nèi)冷卻刀具。雖然目前立式鉆床和搖臂鉆床為了提高工效，大部分使用了快換夾頭。但是，存在著使用快換夾頭刀具伸出機(jī)床主軸的長(zhǎng)度增加，導(dǎo)致刀具剛性差，以及積累誤差使得整體主軸精度大大降低，并且普通快換夾頭使用壽命比較短、夾頭間隙大，機(jī)床工作臺(tái)與主軸的行程也會(huì)抑制或無(wú)法使用快換夾頭等缺點(diǎn)。新型鉆床的特點(diǎn)是將主軸直接做成一種新型快換夾頭方式的鉆床。這種鉆床的主軸不再是莫氏錐孔，而是快換夾頭的主體部分。并且只有這樣的結(jié)構(gòu)，才可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型內(nèi)冷卻鉆床。該新型鉆床的優(yōu)點(diǎn)：①刀具更換快捷，主軸孔即是刀柄式快換夾頭。②由于沒(méi)有了像莫氏錐孔主軸一樣刀具裝卸時(shí)對(duì)主軸的敲擊，主軸自身的精度能夠持久。③每一樣刀具都可以以快換夾頭的方式裝夾，大部分刀具均可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)冷卻。這樣，不但可以推動(dòng)普通內(nèi)冷卻莫氏錐柄高速鋼麻花鉆頭的產(chǎn)業(yè)化，也可以使普通鉆床能夠使用先進(jìn)的數(shù)控刀具。④由于可以大量使用內(nèi)冷卻刀具，使得刀具損耗大大降低，工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量大大提高，提高效益、節(jié)約資源。新型快換夾頭式鉆床是機(jī)械制造裝備行業(yè)發(fā)展的方向，能夠充分體現(xiàn)出現(xiàn)代機(jī)械加工制造的高效率、高精度，并且可