新型多功能彈出式刀具機構(gòu)的設(shè)計
2019-1-30 來源： 中航飛機股份有限公司長沙起落架分公司 作者：沈勇， 郭輝， 田輝， 肖彬
摘 要：為解決航空產(chǎn)品中深孔槽或異形回轉(zhuǎn)體內(nèi)孔零件難加工的問題，結(jié)合多年生的生產(chǎn)經(jīng)驗，設(shè)計了一款用于此類零件加工的新型多功能彈出式刀具機構(gòu)。此新型機構(gòu)通過推動內(nèi)部活動心軸實現(xiàn)切削半徑的調(diào)節(jié)，更換不同刀具可實現(xiàn)鏜孔、研磨等功能，且機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，特別適宜于深孔槽或異形回轉(zhuǎn)體內(nèi)孔零件的加工。
關(guān)鍵詞：多功能；刀具；設(shè)計
0 、引 言
在航空產(chǎn)品中常遇到一些深孔槽或回轉(zhuǎn)體內(nèi)孔的活塞桿零件，無法通過一般的深孔加工設(shè)備完成。當零件內(nèi)孔槽太深或回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜時，采用傳統(tǒng)深孔刀具、加長刀桿配合大行程車床的加工方法可解決大部分零件的加工。盡管如此，傳統(tǒng)低效率的加工方法還常受設(shè)備加工長度的限制，就深孔刀具而言，其高昂的造價，苛刻的設(shè)備要求條件，不適宜科研生產(chǎn)過程中的單件、小批量生產(chǎn)。
若采用加長刀桿配大行程機床的加工方案，則零件周轉(zhuǎn)時間長，刀具更換耗時量大，企業(yè)生產(chǎn)效率低下。通過對深孔及普通孔加工刀具的深入分析，特別設(shè)計了一款多功能彈出式刀具機構(gòu)，用于解決此類深孔槽典型零件的加工難題。
1 、傳統(tǒng)孔加工刀具的特點
孔加工刀具按工作部分的結(jié)構(gòu)分整體式、焊接式和機械夾固式三種:刀體上做出切削刃的整體式刀具；刀片釬焊到鋼制刀體上的焊接式刀具; 刀片夾固在刀體上或釬焊好的刀頭夾固在刀體上的機械夾固式刀具。其總的特點是：定位精度好，刀具壽命長，有利于涂層陶瓷等新技術(shù)的推廣，但刀具可調(diào)性差，加工時刀桿過長,撓度變形大，彎曲剛度差。
2 、新型多功能彈出式刀具機構(gòu)
生產(chǎn)加工中，為了解決部分異型零件的深孔環(huán)形槽如油槽、擋圈槽和空刀槽的加工（如圖1），設(shè)計了一款可兼顧加工普通內(nèi)孔的彈出式刀具機構(gòu)。
2.1 機構(gòu)的組成
新型多功能彈出式刀具機構(gòu)主要由圖2中的六部分構(gòu)成，其中活動刀體1共有4個相同的部分，一端與刀體外殼3的U型槽通過彈性固定脹圈2軸向卡緊，另一端由彈性固定脹圈6將其壓入刀體外殼3中的四個對稱且大小相同的限位槽中，限制了活動刀體1 沿調(diào)節(jié)心軸5的軸向移動自由度。當撐桿4和調(diào)節(jié)心軸5受到刀體外殼螺旋機構(gòu)的軸向推力時，調(diào)節(jié)心軸5產(chǎn)生軸向位移，并通過貼合斜面的滑動，擠壓活動刀體1使其沿調(diào)節(jié)心軸5的徑向撐開，從而改變了刀具的切削直徑。刀體外殼3有對稱性較高的四個限位槽，在槽的兩端分布著一個安裝定位彈性固定脹圈的U型槽，撐桿4和調(diào)節(jié)心軸5在截面呈“十”字型的刀體外殼腔內(nèi)的位置，直接決定著彈出式刀具機構(gòu)的刀具加工半徑。其中活動刀架部件有活動刀架基體、夾板、螺釘、切削刀具（如：刀片）組成（見圖3的立體示意圖）。
夾板主要作用是將刀片、油石等刀具定位于活動刀架基體，通過螺釘夾緊。更換不同的切削刀具可實現(xiàn)切槽、鏜孔、研磨等多種加工方法。
2.2 工作原理
多功能彈出式刀具機構(gòu)工作原理是（圖3）：調(diào)節(jié)心軸5與刀體3一端撐桿相連，撐桿隨刀體螺紋機構(gòu)的螺旋運動，推動著調(diào)節(jié)心軸5沿軸向平行移動，活動刀架1軸向方向受彈性固定脹圈及刀體外殼U型槽限制，在調(diào)節(jié)心軸5推力作用下，沿調(diào)節(jié)心軸徑向平行移動，夾持在活動刀架的刀具切削直徑也隨調(diào)節(jié)心軸位置的不同發(fā)生著相應(yīng)變化。調(diào)節(jié)多功能彈出式刀具機構(gòu)與刀體連接的螺旋機構(gòu)旋合長度可直接控制刀具切削直徑。調(diào)節(jié)心軸在螺紋機構(gòu)下的軸向位移：
螺紋機構(gòu)可以采用手動角度調(diào)節(jié)或機動 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，實現(xiàn)改變刀具切削半徑伸 長量的目的。
2.3 機構(gòu)主要部件的設(shè)計要求
機構(gòu)活動刀架和調(diào)節(jié)心軸要有足夠的強度和耐磨性。切削刀具應(yīng)符合相應(yīng) 加 工方法的刀具角度，零件加工前 通 過磨床對切削刀具進行修磨調(diào)整，保證切削刃處于同一圓
周內(nèi)；加工時鎖緊螺旋機構(gòu)，確保刀具剛性加載，切削平穩(wěn)。
3 、刀具的力學(xué)性能
為了更好地反映彈出式刀具機構(gòu)的力學(xué)性能，取同材料的圓刀桿傳統(tǒng)深孔刀具與僅安裝一個刀片的彈出式刀具機構(gòu)進行對比，由材料力學(xué)可知這兩種懸臂梁受力
根據(jù)表1中表達關(guān)系式，容易得出彈出式刀具機構(gòu)在取同材料、同體積、同長度的情況下，刀桿外圓相對較大，扭轉(zhuǎn)角和撓度都小于傳統(tǒng)深孔刀具，更適合深孔型面加工。現(xiàn)取傳統(tǒng)刀具進行模型受力分析，試驗數(shù)據(jù)具體如下：刀桿240 mm，直徑準24 mm，材料假設(shè)為45鋼，彈性模量210 GPa，泊松比為0.3，主切削力為250 N，切向力為120 N，軸向力為50 N，刀桿的橫截面為圓面，選用有限元分析軟件ANSYS中的Quad 8 node 183及Brick 20 node183號元素進行分析。
由圖4可以看出，單刃傳統(tǒng)深孔刀具受主切削反力、切向反力、軸向反力時，刀頭部分基體受力變形較大，當?shù)扼w剛度差時，被加工零件尺寸精度和粗糙度將難以保證。而對于刀體對稱分布的新型多功能彈出式刀具機構(gòu)，其軸向扭轉(zhuǎn)和彎曲變形都較小，有利于零件高品質(zhì)內(nèi)孔的加工。
4 、結(jié) 論
本新型多功能彈出式刀具機構(gòu)通過更換撐桿部件配，可以快速對刀桿的長短進行調(diào)節(jié)，借助刀體尾部螺旋機構(gòu)，可以方便調(diào)節(jié)不同的切削直徑。相對于傳統(tǒng)刀具其具有更大的抗撓強度，可以對普通內(nèi)孔零件進行內(nèi)孔車削、精鏜、研磨等，能較好地解決一些復(fù)雜零件的深孔槽，回轉(zhuǎn)異型孔的難加工問題。
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