1.加工現狀及難點
首先介紹一下離心式水泵的結構。如圖1所示，進水法蘭外圓部分大于加工端面部分，從20～100mm不等，如圖中L1所示，這需要增加內孔加工刀具的懸伸20～100mm。因此，其總加工深度：L+L1≥(150～350mm)，對加工刀具而言，其懸伸太長，超出4*D（D為刀桿直徑），在加工過程中刀具剛性會受影響。
加工難點：在實際加工過程中，會出現顫刀情況。換刀頻繁，需要不斷的測量刀尖到旋轉中心的高度，需要準備不少墊片，特別是內孔刀具，裝夾麻煩，壓緊不便。
圖1 離心式水泵殼半剖圖
2.改善措施
1)第一次改進
針對以上的問題點，設計了簡易數控內孔刀座，第一次設計刀座如圖2所示。
圖2 第一次設計刀座
按圖中設計制造刀座進行試驗驗證，結果φ50內孔刀具懸伸到4*D時候，刀具開始顫刀；達不到設計要求，需要進行改善。查閱了大量的刀具資料，在山特維克金屬切削指導手冊里找到了問題點所在。見圖3，圖4，圖5。為確保最佳性能，其關鍵因素是穩定性，即需要保持刀具與刀柄實現最大接觸。
圖3 刀具裝夾圖
圖4 刀具夾緊要求
圖5 刀具懸伸圖示
2)第二次改進
按照穩定性要求，對第一代刀具內孔進行了改進；見圖6，圖7。
(1)增加了紫色平臺部分，有原來的圓孔改成了帶有扁口的內孔，也增加了加工的難度，有原來的車床加工改成線切割加工；內孔刀桿不再有懸空部分，這樣整個內孔與內孔刀桿全面積接觸，消除了震動的隱患，經過驗證，刀具懸伸可以達到4*D，效果不錯；為此進行定型，屬于設計一代內孔刀座；
(2)經過一段時間使用，感覺效果良好；把以前的外圓刀撤掉，只使用2把內孔刀，一把粗車，一把精車，提效非常明顯，降低了裝夾刀具的時間，剛性也得到了加強。
圖6 第一代內孔刀座圖示
圖7 刀座界面草圖
圖7標注尺寸簡單說明：
●符號的三處32±0.1；R20.08±0.05 19.1±0.05關鍵控制尺寸；
●備注01：32尺寸是關鍵尺寸，根據刀座地面到數控車回轉中心設計，部分機床是：25、32、40等三個規格尺寸，需要根據測量所得值進行設計，要求±0.1mm,內孔刀具在加工內孔時：刀片刀尖到回轉中心的高度誤差越小，加工的粗糙度越小；
●在設計時，提前測量簡易數控車刀座底面到回轉中心尺寸，要求測量誤差不要大于0.05mm；
●材質：45鍛打；
●硬度：HRC30-35
●工藝：設計-鍛打-鉆工藝孔-調質(HRC30-35)-線切割-鉆孔攻壓緊螺紋孔-車床（或數控銑）加工懸伸部分。
3)第三次改進
使用半年后，第三次進行較大的改進優化；見圖8。
●增加了刀座的長度；有原來的120mm改成了160～220mm；
●前面部分增加了60～100mm圓體部分，裝夾部分120～150mm；
●增加了整體刀具的懸伸及剛性；切削參數隨之提高；
●φ40內孔刀具懸伸：40*4+（60～100）=220～260mm；
●φ50內孔刀懸伸：50*4+（60～100）=260～300mm；
●大大增加了加工深孔產品的范圍，可以滿足一般產品的內孔加工；
圖8 第二代改進型簡易內孔刀座
●在幾個機加工廠使用后，簡易數控車內孔刀座得到了推廣。
3.形成系列化產品
系列化產品包括內孔刀具、刀套、鉆夾帽、莫氏錐柄、攻絲浮動刀柄、中心鉸孔等系列化的刀套，與全技能數控車全部刀套整合通用；見圖9。
圖9 加工示意圖
刀桿、刀套、刀座爆炸圖及詳細說明，見圖10，圖11。
圖10 刀具、刀套、刀座爆炸示意圖
圖11 裝配等視角圖
系列化刀套規格如下：圖12，表1，圖13。
圖12 內孔刀套尺寸圖示
●內孔尺寸見表1：
表1 內孔刀套內孔尺寸規格表
圖13 規格不同的內孔刀套
莫氏2# 3# 4#刀套 根據尺寸設計加工即可，見圖14。
圖14 莫氏錐套尺寸表
●設計完畢，使用鉆夾帽、錐套、內孔刀座可以直接鉆φ13以下的中心內孔；
●使用錐柄鉆頭、錐套、內孔刀座可以鉆≥φ13的內孔；
配合鉆夾帽及錐柄鉆頭使用如圖15，圖16。
●使用錐柄鉆頭時，需要使用中心后尾座先鉆孔；
●再使用后尾座鉆的內孔找正刀座的X向中心，這樣鉆頭跳動較小，鉆孔誤差較小；
圖15 鉆孔組合刀柄爆炸圖
圖16 錐柄鉆頭
配合浮動攻絲刀柄、莫氏錐套、內孔刀座使用：圖17，圖18。
●注意：在使用此攻絲工藝時，需要使用浮動刀柄；不推薦剛性攻絲；
●攻絲工件回轉中心需要提前反向打表找中，否則攻絲容易不良；
●如果中心高誤差大于0.1-005mm；需要加工刀座或墊片（銅皮）墊高，中心高控制在：±0.05mm；
●查詢數控車攻絲循環程序編制編程后進行加工；注意需要正反轉；
圖17 莫氏ER刀柄浮動攻絲改進刀柄組合
圖18 浮動攻絲刀柄等軸側視圖
配合浮動鏜刀的運用，適合通孔，粗糙度要求高的場合；見圖19，圖20。
●注意：開口方向需要調整到水平；90°上方刀柄之間設計一個防脫螺絲M6；
●X向中心控制在：±0.1即可；
●鏜刀刃中心高控制在±0.15左右；
圖19 莫氏浮動鏜刀刀柄
圖20 浮動鏜刀運用設計圖
設計實踐過程中的照片：（實例圖21）
圖21 簡易數控刀座應用
外圓刀座與內孔刀座配合使用，圖22。
使用左手、右手外圓刀，加工外圓、端面、背面。
圖22 外圓刀座與內孔刀座配合使用
4.結論
經過三次較大的改善改進，簡易數控內孔刀座系列趨于完善，加工刀具工藝更趨合理，在刀具裝夾，刀具準備，加工工藝擴展，效率提升，產品質量上有了較大的改觀及提升。
不斷的對機械加工刀具的改進，可以不斷降低刀具準備時間，提升加工效率，特別是數控加工效率的提升，是顯而易見的，效率最大化是數控加工企業的最高追求，技術只用更好，沒有最好；改善無止境。
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本文標題：簡易數控車刀座設計改進實務
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