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数控反锪刀具的设计 |
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作者：罗生梅 王金娥 |
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随着计算机技术的飞速发展，数控机床在我国机械加工行业中得到越来越广泛的应用。它不仅解决了普通机床难以解决的许多加工难题，而且提高了加工精度和生产效率，同时也对加工工艺和刀具设计提出了许多新的、更高的要求。为使这些先进的设备更好地发挥作用，必须解决这些问题。 
图1反锪加工工序
在数控机床加工箱体类零件的过程中，常常遇到反锪加工工序，如图1所示。加工这些部位时，给数控机床的自动加工或无人化生产造成很大的障碍。对这些反锪孔的自动加工，目前在数控机床上常常采用以下四种方法：
(1)用反镗固定循环(G87)加工
用这种方法加工，其加工方式描述如图2所示。
图2固定循环Ⅱ
指令形式为：
G98(或G99)G87X-Y-Z-R-Q-F-
X轴和Y轴定位之后，主轴自动定向停止，刀具以反刀尖方向偏移q，并快速定位在孔底R点。在此，刀具按原偏移量返回(回到所加工的孔中心位置)，并以顺时针方向启动主轴(M03)，进行反锪切削；Z轴方向上一直加工Z点，主轴在这个位置再次准停之后，刀具退出原偏移量，并快速退出孔外，然后刀具返回原点并按原偏移量返回，主轴停转(M05)，转入下一程序段。运行实例见图3。
图3
采用该方法反锪切削时要进行让刀运动，而且仅能完成锪面直径比较小的反锪切削，因此该方法有很大的局限性。为了保证镗杆刚性，如果孔比较小，反锪面的位置比较远，或反锪面的直径与孔径的比值较大时，那么，反锪切削就无法实现。那么即使能够进行反锪切削，但由于刀杆刚性差，易发生振动，使反锪面出现波纹，表面粗糙度值升高，加工精度变差，效率降低。
(2)从正进行锪孔加工
工件在孔加工完后，将工作台旋转180°，从正面进行锪孔，则增加了加工辅助时间；一般情况下，还要选用刀杆较长的刀具，因而刚性相对较差，影响加工精度。如果工件结构不允许(如图1a、1d)，则这种方法也无法实现。
(3)用反镗固定循环Ⅰ(G87)指令加工
此法的加工过程描述，如图4所示。刀具达到孔底且主轴停止时，控制系统进入进给保持状态，在此情况下，刀具可用手动方法移动，可以执行任意手动操作，手动装卸刀具，手动反锪切削。为了再启动加工，应转换到纸带或存贮器方式，按START(启动)键，然后按下一程序段NC指令执行。
图4固定循环Ⅰ
(4)手动反锪加工
在加工过程中，遇到反锪工序时，给一任选停止指令M01，机床停止，由操作者手工装卸反锪刀具进行手动反锪加工。
用第三种和第四种方法加工，增加了加工辅助时间，使数控加工的效率大大降低。这两种方式与加工中心的自动化相矛盾，特别是在自动线上，其缺点更为突出。另外还增加了劳动强度。数控机床特别是较大规格的数控机床，加工区一般都用全防护装置隔开，要完成反锪工序，操作者必须随时注意机床的运动情况，等停机后进入加工区安装反锪刀，而后手动或自动完成反锪切削，手动卸下反锪刀。然后再发指令(按START键)。这样既不安全，又影响生产效率，数控机床全自动的优越性发挥不出来。有些反锪工序在加工中心上无法进行，因此必须在后续工序中专门进行反锪加工。
可见，上述四种方法均有一定的局限性，这些方法还影响加工精度和加工效率，甚至有些反锪孔根本不能用上述方法加工。可以说，反锪加工是柔性制造系统或无人化生产的一大障碍。针对上述情况，为了解决加工中心反锪存在的问题，笔者设计了加工中心用反锪刀具，能有效地解决反锪加工这一难题。
数据反锪刀具的结构及工作原理，如图5、6所示。
图5反锪刀具结构
图6反锪刀具工作原理
刀具装入主轴后，给机床一向前运动的指令，当反锪刀头13移动到适当位置时，件14与工件表面接触，刀体1继续向前运动，件8和件7不再向前移动，但件2、6、10仍继续向前移动。当它们移动到一固定位置时，在件10的作用下，刀头13顺时针转动90°(即使刀刃处于切削方位)，同时，件6在凸轮的作用下旋转并实现轴向定位。此时，给机床一向后退的指令，即刀体1向后移动，由于弹簧18的作用，件7、件8不能后退，件6受件<4的作用也不能后退，以保证刀头13可靠定位。件3移动到与件7的键槽右端接触时，启动主轴旋转并给机床一切削指令进行反锪切削。反锪结束后，主轴停止旋转而向前运动，运动到第一次向前运动的最终位置时，在件2的作用下，消除件4对件6的轴向定位，这样在刀具后退时，在件3和件7的右端接触之前，件7、件8还不能后退，但件6由于消除了轴向定位，在弹簧9的作用下，件6、10向后退出，在件11的作用下，刀头13逆时针转动90°，后退到一定位置，在件3的作用下，整个刀具退出工件。至此，便完成了切削工序。以上整个动作均由机床程序自动完成。
对同一尺寸的孔，根据反锪面所在的位置，可适当调整件14、15的位置，或更换件8所在的位置。件3的作用是传递扭矩及向后的拉力。件2、<4>、6是用来实现轴向定6所示。件4固定，件2作往复运动，件6作往复运动的同时，还作旋转运动。件6处于位置(二)时实现轴向定位，处于位置(四)时消除轴向定位。动作S1、S2在加工前完成，S3、S4在加工后完成。
对不同规格的加工中心和数控机床，刀体1轴向凸轮定位机构有一二种规格即可。刀杆和切削部分则可根据具体的加工对象进行选用。
数控反锪刀具的设计，解决了数控机床上难以实现或无法实现的反锪切削问题，实现了加工中心反锪加工自动化。实践证明，这种刀具刀杆刚性好，性能可靠，使用方便，与传统方法相比，具有显著的优越性，能完成各种反锪加工，实用性强，提高了加工质量和加工效率，具有很高的使用价值，可广泛推广应用。 (end)
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(6/3/2006) |
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