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新（xīn）型多功能（néng）彈出式刀具機構的設計

2019-1-30 來源：中航飛機股份有（yǒu）限公司長沙起落架分公司作（zuò）者：沈勇，郭輝（huī），田輝，肖彬

摘要：為解決航空產品中深孔槽（cáo）或異形回轉（zhuǎn）體內孔零件難加工的問題，結合多年生的生產經（jīng）驗（yàn），設計了一款用於此（cǐ）類零件加工的新型多功能彈出式刀具機構。此（cǐ）新型機構（gòu）通過推動內部（bù）活動心軸實現切削半徑的調節，更換不同刀具可實現（xiàn）鏜孔、研磨等功能（néng），且機構（gòu）結構簡（jiǎn）單、操（cāo）作方便，特（tè）別適宜於（yú）深孔槽或異形回轉體內孔零件的（de）加工。

關（guān）鍵詞：多功能；刀具；設計

0 、引言

在航空產品中常遇到一（yī）些深孔槽或回（huí）轉體內孔的活塞杆零件，無法（fǎ）通過一般的深孔加工設（shè）備（bèi）完成。當零件內孔槽太深或回轉結（jié）構較為複雜時，采用傳統深孔刀具、加長刀杆配合大行程車床的加工方法（fǎ）可解決大部分（fèn）零件的加工。盡管如此，傳統低效率的加工方法還常受設備加工（gōng）長度的限製，就深孔刀具而言，其高昂的造價（jià），苛刻的設備要求條件，不適宜科研（yán）生產過程中的單件、小批量生產。

若采用（yòng）加長刀杆配大行程機床的（de）加（jiā）工方案，則零件周轉時間長，刀具更換耗時量大，企業生產效率低下。通過對深（shēn）孔（kǒng）及普通孔加工刀具的深入分析，特別設計了一款多功能（néng）彈出式刀具機構，用於解決（jué）此（cǐ）類深孔（kǒng）槽典型零件的加工難題。

1 、傳統孔加工刀具的特點

孔加工刀具按工作（zuò）部分的結構分整體（tǐ）式、焊（hàn）接式和機械夾固式三種:刀體上做出切削（xuē）刃的整體（tǐ）式（shì）刀具；刀片釺焊到鋼製刀體上的焊接式刀（dāo）具; 刀片夾固在刀體上或（huò）釺焊好（hǎo）的刀（dāo）頭夾固在刀體上的機械夾（jiá）固式刀具（jù）。其總的（de）特點是（shì）：定位精度（dù）好，刀具壽命長，有利（lì）於塗層（céng）陶瓷等新技術的（de）推廣，但刀具可調性差，加（jiā）工時刀杆過（guò）長,撓度變形（xíng）大，彎曲剛度差。

2 、新（xīn）型多功能彈出式（shì）刀具機構

生產加工中，為了解決部分異型零件的深孔環形槽如油槽、擋圈槽和空刀槽的加工（如圖1），設計（jì）了一（yī）款可兼（jiān）顧加工普（pǔ）通內孔的彈（dàn）出式刀具機構。

2.1 機構的（de）組成

新型多功能彈出式刀具機構主要由圖2中的六部分構（gòu）成，其中活動刀體1共有（yǒu）4個相同的部分，一端與刀體外殼3的U型（xíng）槽通過彈性固定脹圈2軸向卡緊，另一端由（yóu）彈性固定脹圈（quān）6將其壓入刀體外（wài）殼（ké）3中的四個對稱且大小（xiǎo）相同的限位槽中，限（xiàn）製了活動刀（dāo）體1 沿調節心軸5的軸向（xiàng）移動自由度。當撐杆4和調節心軸5受到刀體外殼螺旋機構的軸向推（tuī）力時，調節心軸5產生軸向（xiàng）位移，並通過貼合斜麵的滑動，擠壓活動刀體1使其沿（yán）調節心軸5的徑向撐開，從而改（gǎi）變了刀具的切（qiē）削直徑。刀體外殼3有對稱性較高的四個（gè）限位槽，在槽的兩端分布著一個安裝定位彈（dàn）性固定脹圈的U型槽，撐杆4和調節心軸5在截麵呈“十（shí）”字型（xíng）的刀體外殼腔內的位置，直接（jiē）決定著彈出（chū）式刀（dāo）具機構的刀具加工半徑。其中活動刀架部件有活動刀架基體、夾板、螺釘（dìng）、切削刀具（如：刀片）組成（見圖3的立體示意圖）。

夾板主要（yào）作用是（shì）將刀片（piàn）、油石等刀具定位於活動刀架基體，通過螺釘夾緊。更換不同的切削刀具可實現切槽、鏜孔、研磨等多種加工方法。

2.2 工作原理

多功能彈出式（shì）刀具機構工作原理是（圖3）：調節心軸5與刀體3一端撐杆相連，撐杆隨刀體螺紋機構的螺旋運動，推（tuī）動著調（diào）節心軸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型槽限製，在調節心軸5推力（lì）作用下，沿調節心軸徑向平行移動，夾持在活（huó）動（dòng）刀架的刀具切（qiē）削直徑也隨調節心軸位置的不同發生著相應變化。調節多功能彈出式刀具機構與刀（dāo）體連接的螺（luó）旋機（jī）構（gòu）旋合長度可直接控製刀具切削直（zhí）徑（jìng）。調節心軸在螺紋機構下的軸向位移：

螺紋機構可以（yǐ）采用手動角度調節或（huò）機動轉（zhuǎn）速調節，實現（xiàn）改變刀具切削半（bàn）徑伸長量的目（mù）的。

2.3 機構主要部件的設計要求

機構活動刀架和調節（jiē）心軸要有足夠的強（qiáng）度和耐磨性。切削刀具應符合相應加（jiā）工方法的刀具角度，零件加工前通過磨床對（duì）切削刀（dāo）具進行修磨調整，保證切削（xuē）刃處（chù）於同一圓

周內；加工時鎖緊螺旋（xuán）機構，確保刀具剛性加載，切削平穩。

3 、刀具的力學性能

為了更好地（dì）反映（yìng）彈出（chū）式刀具機構的力學性能，取同材料的圓刀杆傳統深孔刀具（jù）與僅安裝一個刀片的彈出式刀具機構進行對比，由材料力學可（kě）知這兩種懸臂（bì）梁受力

根據表1中表達關係式，容（róng）易得（dé）出彈出式刀（dāo）具機構在取同材料、同體積、同長度的情況下，刀杆外圓相對較大，扭轉角和撓度都小於傳統深孔刀具，更適（shì）合深孔型麵（miàn）加工。現取傳統刀具進行模（mó）型受力分（fèn）析（xī），試驗（yàn）數據具體如下：刀杆240 mm，直徑準24 mm，材料假設為45鋼，彈性（xìng）模量210 GPa，泊鬆比為0.3，主切削力為250 N，切向力為120 N，軸向力為（wéi）50 N，刀杆的橫截麵為圓麵，選（xuǎn）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（kě）以看（kàn）出，單刃傳統深孔刀具受主切削反力（lì）、切向反力、軸向反力時，刀頭部分基體（tǐ）受力變形（xíng）較大，當刀體剛度差時，被加工零件尺寸精度和粗糙度將難以保證。而對於刀體對稱分布的新型多功能彈出式刀具（jù）機構，其軸向（xiàng）扭轉和彎（wān）曲變形都較小，有利（lì）於零件高品質內孔（kǒng）的加工。

4 、結論

本新型多功能彈出式刀具機構通過更換（huàn）撐杆部件（jiàn）配，可（kě）以快速對刀杆（gǎn）的長短進行（háng）調（diào）節，借助刀體尾部螺旋機（jī）構，可以方便調節不同（tóng）的切削直徑。相對於傳統刀具其具有（yǒu）更大的抗撓強度，可以對普通內孔零件進行內孔車（chē）削、精鏜、研磨等，能較好地解決一些複雜零件（jiàn）的深孔槽，回（huí）轉異型（xíng）孔的難加工問題。

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