数控螺纹车刀工作角度调节器的研发

杨贤文，彭正

（江苏省江阴中等专业学校，江苏 江阴 214432）

0 引言

随着数控技术和数控编程能力的提高，采用宏程序编程在数控车床加工上加工形状复杂的大型卷筒绳槽、油槽等螺纹类零件越来越普及。由于数控加工速度快、精度高，为了保证生产质量和效益，常采用标准的数控机夹车刀进行车削，这类刀具不可修磨。而加工螺纹类零件由于受螺旋升角的影响，为了正常车削，数控车刀通常需摆动一个螺旋升角的角度进行装夹。一般采用在刀杆底部垫一块带有倾斜面的垫片。针对不同螺旋升角的螺纹，车刀需摆动不同的角度，也就需要根据不同的螺纹准备相应倾斜角度的垫片。同时，针对螺旋升角很大（大于20度）的螺纹，此时车刀刀杆下面的垫片对车刀的装夹稳固将带来影响。有时，为了使车刀在机床刀架上装夹牢固，不得不修磨刀杆的上表面，修磨后的刀杆基本不能再用在其他工作场合，这对于单件小批量机械加工的经济性有着很大的影响[1]。

1 数控螺纹车刀工作角度调节器的研发构想

在某个校企合作项目中我们遇到一条高速旋转轴的油槽就是半径为3mm、螺距为100mm的螺旋槽，螺旋升角达到28度。起初我们采用在车刀底部垫一片倾斜28度的垫片和刀杆的修磨来解决车刀的装夹问题。垫片需要单独制作，刀具的装夹定位的精确度和牢固度也存在着困难，但好在我们还是把问题给解决了。但是只要螺旋升角发生变动，我们就需要制作另外的垫片，同时修磨刀杆，这样在单件小批量生产的过程中不仅加工效率低，加工成本也高。在完成项目的过程中我们也一直在思考一个问题，如何做出一个装置来解决螺纹车刀的装夹问题，不仅能应对螺旋角度的变化，同时能有效提高加工效率降低加工成本。三年前我们曾设计过一个类似数控螺纹车刀工作角度调节的装置，当时采用了内外两层差动齿轮结构，虽能精确控制旋转角度，但装夹的牢固性和便捷性存在不足，除了能用于加工铝件等易切削材质外，无法用于切削力较大的钢材等零件的加工。基于以上情况，我们开始了这次有意义的研发之旅[2]。

1.1 研究的主要内容

此项目主要研究数控螺纹车刀的摆动角度和装夹的稳固性问题，包括以下几个方面：

（1）两同心部件间相对旋转角度的控制。

（2）两部件间的紧固配合及受力稳定性。

（3）整个装置具有足够的强度和刚性。

1.2 研究方法的选择和使用

研究该项目的就是要制作出能实际应用的装置，为了保证试制过程的顺畅，我们利用三维设计软件首先制作出装置的CAD模型，其中包含每个零件以及零件的装配模型，然后根据设计模型图纸在机械制造设备上制作出实体零部件。

2 数控螺纹车刀工作角度调节器的研发实施

2.1 解决角度旋转问题

在充分研究前期数控螺纹车刀工作角度调节装置的优缺点后，我们最终决定还是采用最基础的内外圆柱轮廓面配合来实现部件间相对角度的旋转，这种方式操作简单方便、制作加工成本低。通过在装置端面制作刻度盘，角度控制的精度也能达到1度[3]。

2.2 解决部件间的紧固和拆卸

在设计研究过程中，车床尾座套筒中的锥孔与钻头锥柄的配合给了我们灵感，小锥度圆锥面配合操作方便并具有较强的自锁性能。我们就借鉴了这种设计思路，把两活动部件间的配合设计成小锥度的圆锥面，既能方便调节旋转角度又能自锁。同时考虑到螺纹加工时切削力大，不能有任何闪失，我们在圆锥面配合的基础上在零件的端面处又增加了螺旋紧固结构，从而实现活动部件间紧固的双保险。为了使两主体部分拆卸更方便，在套筒头部也采用螺旋结构，该螺母在刀座使用时可以旋下，拆卸时旋上该螺母，通过螺母把旋转运动转变为直线移动，使两紧固部件脱开[4]。

2.3 解决具有高强度的整体结构

为了保证装置具有足够的强度，主体部分采用一体式整体结构[5]。

3 数控螺纹车刀工作角度调节器的设计图和实际零件图

图1 装置整体设计图

图2 装置主要零件尺寸图

4 结语

数控螺纹车刀工作角度调节器具有以下优点：

（1）采用小锥度面配合，很好地实现车刀的旋转角度和夹持的稳固性；

图3 装置实物图（含车刀、装夹用附件）

（2）采用双螺母紧固组合，既保证锥面配合足够的强度与刚度，也便于使用和拆卸；

（3）主体采用一体式结构，从而保证整体装置在数控机床刀架上的牢固装夹。

经过实际加工测试，该装置的使用效果完全达到了我们的研发目的，基本能满足大螺旋升角螺纹零件的实际加工要求。

该装置研发、试制阶段的制作成本相对较低，如果能批量生产还可使生产成本再可降低40%左右，与市场上普及的数控镗孔刀座价格相当，市场前景广阔，有一定的推广价值。