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新型多功能（néng）彈出（chū）式刀具機構的設計

2019-7-9 來源：中航飛機股份有限（xiàn）公司長沙起落架分公司作者：沈勇，郭輝（huī），田輝，肖彬

摘要：為解決航空產品中深孔槽或異形回轉體內（nèi）孔零（líng）件難加工的問題，結合多年生的生產經驗，設計（jì）了一款用於此類零件（jiàn）加工的新型多功能彈出式刀具機構。此新型機構（gòu）通過推動內部活動心軸（zhóu）實現切削半徑的（de）調節，更換不同刀具可（kě）實現鏜孔、研磨等功（gōng）能（néng），且機構結（jié）構簡單、操作方便，特別適宜於深孔槽（cáo）或異形回轉體內孔零件的加工。

關（guān）鍵（jiàn）詞：多功能；刀具；設（shè）計

0 引（yǐn）言

在航空產品（pǐn）中常遇到一些深（shēn）孔槽或回轉體（tǐ）內孔（kǒng）的活（huó）塞杆零件，無（wú）法通過一般（bān）的深孔加工設備完成。當零件內（nèi）孔（kǒng）槽太深或回轉結構較為複雜時，采用傳統深孔刀具、加長刀杆配合大行程車床的加（jiā）工方法可解決大部分零件的加工。

盡（jìn）管如此，傳（chuán）統低效率的加工方法還（hái）常受設備加工長度的限製，就深（shēn）孔刀具而言，其高昂的造（zào）價，苛（kē）刻的設備要求條件（jiàn），不適宜科研生產過程中的單件（jiàn）、小（xiǎo）批量生產。若采用加長刀杆配大行程機床的加（jiā）工方案，則（zé）零件周轉時間長，刀具更換耗時量大，企業生產效率低下。

通（tōng）過對深孔及普通孔加工（gōng）刀具（jù）的深入分析，特別設（shè）計了一款多功能彈出式刀具機構，用（yòng）於解決此類深孔槽典型零件（jiàn）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（fèn）的（de）結構分整體式、焊接式和機械夾固式三種:刀體（tǐ）上做出切削刃（rèn）的整體式刀具；刀片釺焊到（dào）鋼製（zhì）刀體上的焊接（jiē）式刀具; 刀（dāo）片（piàn）夾固（gù）在刀體上（shàng）或釺焊好的刀頭夾固在刀體上的機械夾（jiá）固式刀具。其（qí）總的特（tè）點是：定位精度好，刀具壽命長，有利於塗層陶瓷等新技術的推廣，但刀具可調性差，加工時刀杆過長,撓度變形大（dà），彎曲剛度差。

2 、新型多功能彈出式刀具機構

生產加（jiā）工中（zhōng），為（wéi）了解決部分異（yì）型（xíng）零（líng）件的（de）深孔環形槽如油槽、擋圈槽和空刀槽的加工（如圖1），設計了一款可兼顧加工普通（tōng）內孔的（de）彈出式刀具機構。

2.1 機構的組成（chéng）

新型多功能彈出式刀具機構主要由圖2中的（de）六部分（fèn）構成，其中活動刀（dāo）體1共有4個相同的部分，一端與刀體外殼（ké）3的U型槽通過（guò）彈（dàn）性固定脹圈2軸（zhóu）向卡緊，另一端由彈性固定脹圈6將其壓入（rù）刀體外殼（ké）3中的四個對稱且大小（xiǎo）相同的限位槽中，限製了活動刀體1 沿調節心軸5的軸向移動自由度。當撐杆4和調節心軸5受到刀體外殼螺旋機構的軸向推力時，調節心軸5產生軸向位移，並通過貼合斜麵的滑動，擠壓活動刀體1使其（qí）沿調（diào）節心軸5的徑（jìng）向撐開，從而改變（biàn）了（le）刀具的（de）切（qiē）削直徑。

刀體外殼3有對稱性較高的四個限位（wèi）槽，在槽的兩端分布著一個安裝定位彈性固定脹圈（quān）的U型槽，撐杆4和調節心軸5在截麵呈“十”字型的刀體外殼腔內的（de）位置，直接決定著彈出式刀（dāo）具機構的刀具加工半徑。其中活動（dòng）刀架部件（jiàn）有（yǒu）活動刀架基體（tǐ）、夾板、螺釘、切削刀具（如：刀片）組成（見圖2的立體（tǐ）示意圖）。

夾板主要（yào）作用是將刀片、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（dāo）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工作原理是（圖3）：調（diào）節心軸5與刀體3一端撐杆相連，撐杆隨刀體（tǐ）螺紋機構的螺旋運動，推（tuī）動著調節心軸5沿軸向平行移動（dòng），活動刀架1軸向方向受（shòu）彈（dàn）性固定脹圈及刀體（tǐ）外殼U型槽限（xiàn）製，在調節心（xīn）軸5推力作用下，沿調節心軸徑向平行移動，夾持在活動刀架的刀具切削直徑也（yě）隨調節心軸位置（zhì）的不同發生著相應變化。

調節多功能彈出式刀（dāo）具機構（gòu）與刀（dāo）體（tǐ）連接的（de）螺旋機構旋合長度可直接控製刀具切削直徑。

螺紋機構可（kě）以采用手動角度調（diào）節或機動轉速調節，實現（xiàn）改變刀具切削半徑伸長量的目的。

2.3 機構主要部件的設計要求

機構（gòu）活動刀架和調（diào）節心軸要有足夠的強度和耐磨性（xìng）。切削刀具應符合相應加工方法的（de）刀具角（jiǎo）度，零件加工前通過磨床對切（qiē）削（xuē）刀具進行修磨（mó）調整，保證切削刃（rèn）處（chù）於同（tóng）一圓

周內；加（jiā）工時鎖緊螺旋機（jī）構，確保刀具剛性加載，切削平穩。

3 、刀具的力學性能

表1 轉角與撓度參數的比較

根據表1中表達（dá）關係式，容易得出彈出式刀具機構（gòu）在取同（tóng）材（cái）料、同體積、同長度的情況下，刀杆外圓（yuán）相對（duì）較大，扭轉角和撓度都小於（yú）傳統深孔刀具，更適合深孔型麵加工（gōng）。現取傳統刀具（jù）進行模（mó）型受力分析，試驗數據具體如下：刀杆（gǎn）240 mm，直徑準24 mm，材料假設為45鋼，彈性模量218GPa，泊鬆比為0.3，主切削力為（wéi）250 N，切向力為120 N，軸向力為50 N，刀杆的（de）橫截麵為圓麵，選用（yòng）有限元分析軟件ANSYS中的Quad 8 node 183及（jí）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（xiàng）反力時，刀頭部分基體受力變形較大，當刀體剛（gāng）度差時，被加工零件尺寸（cùn）精度和粗糙度將難以保證。而對於刀體對稱分布的（de）新型多功能彈出式刀具機構，其軸向扭轉和彎曲變形都較小，有利於零件（jiàn）高品質（zhì）內孔的加工。

4 、結論

本新（xīn）型多功能彈出式刀具機構通過更換撐杆部件配，可以快速對刀杆的長短進行調節，借助刀體尾部螺旋機構，可以方（fāng）便調（diào）節不同的切削直徑。相對於傳（chuán）統刀具其具有更大抗撓強度，可以對普（pǔ）通內孔零件進行內孔車削、精鏜、研磨等，能較好地（dì）解決一些複雜零件的深（shēn）孔槽，回轉（zhuǎn）異型孔的難加工問題。

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