1.加工现状及难点
首先介绍一下离心式水泵的结构。如图1所示，进水法兰外圆部分大于加工端面部分，从20～100mm不等，如图中L1所示，这需要增加内孔加工刀具的悬伸20～100mm。因此，其总加工深度：L+L1≥(150～350mm)，对加工刀具而言，其悬伸太长，超出4*D（D为刀杆直径），在加工过程中刀具刚性会受影响。
加工难点：在实际加工过程中，会出现颤刀情况。换刀频繁，需要不断的测量刀尖到旋转中心的高度，需要准备不少垫片，特别是内孔刀具，装夹麻烦，压紧不便。
图1 离心式水泵壳半剖图
2.改善措施
1)第一次改进
针对以上的问题点，设计了简易数控内孔刀座，第一次设计刀座如图2所示。
图2 第一次设计刀座
按图中设计制造刀座进行试验验证，结果φ50内孔刀具悬伸到4*D时候，刀具开始颤刀；达不到设计要求，需要进行改善。查阅了大量的刀具资料，在山特维克金属切削指导手册里找到了问题点所在。见图3，图4，图5。为确保最佳性能，其关键因素是稳定性，即需要保持刀具与刀柄实现最大接触。
图3 刀具装夹图
图4 刀具夹紧要求
图5 刀具悬伸图示
2)第二次改进
按照稳定性要求，对第一代刀具内孔进行了改进；见图6，图7。
(1)增加了紫色平台部分，有原来的圆孔改成了带有扁口的内孔，也增加了加工的难度，有原来的车床加工改成线切割加工；内孔刀杆不再有悬空部分，这样整个内孔与内孔刀杆全面积接触，消除了震动的隐患，经过验证，刀具悬伸可以达到4*D，效果不错；为此进行定型，属于设计一代内孔刀座；
(2)经过一段时间使用，感觉效果良好；把以前的外圆刀撤掉，只使用2把内孔刀，一把粗车，一把精车，提效非常明显，降低了装夹刀具的时间，刚性也得到了加强。
图6 第一代内孔刀座图示
图7 刀座界面草图
图7标注尺寸简单说明：
●符号的三处32±0.1；R20.08±0.05 19.1±0.05关键控制尺寸；
●备注01：32尺寸是关键尺寸，根据刀座地面到数控车回转中心设计，部分机床是：25、32、40等三个规格尺寸，需要根据测量所得值进行设计，要求±0.1mm,内孔刀具在加工内孔时：刀片刀尖到回转中心的高度误差越小，加工的粗糙度越小；
●在设计时，提前测量简易数控车刀座底面到回转中心尺寸，要求测量误差不要大于0.05mm；
●材质：45锻打；
●硬度：HRC30-35
●工艺：设计-锻打-钻工艺孔-调质(HRC30-35)-线切割-钻孔攻压紧螺纹孔-车床（或数控铣）加工悬伸部分。
3)第三次改进
使用半年后，第三次进行较大的改进优化；见图8。
●增加了刀座的长度；有原来的120mm改成了160～220mm；
●前面部分增加了60～100mm圆体部分，装夹部分120～150mm；
●增加了整体刀具的悬伸及刚性；切削参数随之提高；
●φ40内孔刀具悬伸：40*4+（60～100）=220～260mm；
●φ50内孔刀悬伸：50*4+（60～100）=260～300mm；
●大大增加了加工深孔产品的范围，可以满足一般产品的内孔加工；
图8 第二代改进型简易内孔刀座
●在几个机加工厂使用后，简易数控车内孔刀座得到了推广。
3.形成系列化产品
系列化产品包括内孔刀具、刀套、钻夹帽、莫氏锥柄、攻丝浮动刀柄、中心铰孔等系列化的刀套，与全技能数控车全部刀套整合通用；见图9。
图9 加工示意图
刀杆、刀套、刀座爆炸图及详细说明，见图10，图11。
图10 刀具、刀套、刀座爆炸示意图
图11 装配等视角图
系列化刀套规格如下：图12，表1，图13。
图12 内孔刀套尺寸图示
●内孔尺寸见表1：
表1 内孔刀套内孔尺寸规格表
图13 规格不同的内孔刀套
莫氏2# 3# 4#刀套 根据尺寸设计加工即可，见图14。
图14 莫氏锥套尺寸表
●设计完毕，使用钻夹帽、锥套、内孔刀座可以直接钻φ13以下的中心内孔；
●使用锥柄钻头、锥套、内孔刀座可以钻≥φ13的内孔；
配合钻夹帽及锥柄钻头使用如图15，图16。
●使用锥柄钻头时，需要使用中心后尾座先钻孔；
●再使用后尾座钻的内孔找正刀座的X向中心，这样钻头跳动较小，钻孔误差较小；
图15 钻孔组合刀柄爆炸图
图16 锥柄钻头
配合浮动攻丝刀柄、莫氏锥套、内孔刀座使用：图17，图18。
●注意：在使用此攻丝工艺时，需要使用浮动刀柄；不推荐刚性攻丝；
●攻丝工件回转中心需要提前反向打表找中，否则攻丝容易不良；
●如果中心高误差大于0.1-005mm；需要加工刀座或垫片（铜皮）垫高，中心高控制在：±0.05mm；
●查询数控车攻丝循环程序编制编程后进行加工；注意需要正反转；
图17 莫氏ER刀柄浮动攻丝改进刀柄组合
图18 浮动攻丝刀柄等轴侧视图
配合浮动镗刀的运用，适合通孔，粗糙度要求高的场合；见图19，图20。
●注意：开口方向需要调整到水平；90°上方刀柄之间设计一个防脱螺丝M6；
●X向中心控制在：±0.1即可；
●镗刀刃中心高控制在±0.15左右；
图19 莫氏浮动镗刀刀柄
图20 浮动镗刀运用设计图
设计实践过程中的照片：（实例图21）
图21 简易数控刀座应用
外圆刀座与内孔刀座配合使用，图22。
使用左手、右手外圆刀，加工外圆、端面、背面。
图22 外圆刀座与内孔刀座配合使用
4.结论
经过三次较大的改善改进，简易数控内孔刀座系列趋于完善，加工刀具工艺更趋合理，在刀具装夹，刀具准备，加工工艺扩展，效率提升，产品质量上有了较大的改观及提升。
不断的对机械加工刀具的改进，可以不断降低刀具准备时间，提升加工效率，特别是数控加工效率的提升，是显而易见的，效率最大化是数控加工企业的最高追求，技术只用更好，没有最好；改善无止境。
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本文标题：简易数控车刀座设计改进实务
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