關(guān)于鉆軸對稱孔及垂直孔的解決方案

摘 要：本文針對玻璃瓶制瓶行列機配氣箱連桿加工精度難以保證的技術(shù)問題，提出解決方案。

關(guān)鍵詞：氣箱連桿 加工精度

中圖分類號：G634.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0083-03

公司于2000年6月份從德國進口了兩臺自動化程度比較高的6組舊玻璃瓶行列機用以仿制。上級領(lǐng)導(dǎo)安排我配合工程部門負責(zé)玻璃瓶行列機配氣箱體連桿的加工。

1 夾具設(shè)計的目的

由于配氣箱是整臺設(shè)備氣體協(xié)調(diào)部分，它的作用是分配高壓氣體供給執(zhí)行機構(gòu)即是各類氣缸。它的工作性能和動作靈活性的好壞直接影響到行列機組的運轉(zhuǎn)生產(chǎn)動作協(xié)調(diào)，由于配氣箱體結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，在此就不再提供。

按公司的生產(chǎn)計劃要求必須在30天內(nèi)完工。加工箱體連桿的總數(shù)為780件，屬于小批量。而根據(jù)公司現(xiàn)在的設(shè)備條件只能由兩人同時加工。這就要求在加工時不但要保證軸的加工精度，而且又要有較高的加工效率。為了能按質(zhì)按量完成生產(chǎn)任務(wù)，自行設(shè)計一套專用鉆床夾具。

2 鉆床夾具加工方案分析

2.1 零件工藝要求

連桿的零件圖如圖1。

由圖1可知，連桿的加工精度比較高，特別是三個孔之間的垂直度與平行度、及與軸心線的對稱度、垂直度，同時由于軸難以裝夾定位、對稱度和垂直度比較難以保證。

2.2 鉆床夾具的結(jié)構(gòu)及組成

（1）夾具結(jié)構(gòu)如圖2。

（2）鉆床夾具的組成及各元件的的作用

一般情況下，一套完整的夾具由定位元件、夾緊裝置、夾具體、導(dǎo)向裝置、連接元件及其他元件或裝置六部分組成。在這套夾具的各部分是由以下元件組成。

①定位元件由后頂尖2、前頂尖11及限位銷軸14組成。是采用軸孔中心定位方式。

②夾緊裝置由前頂尖手柄15、前頂尖11、限位銷軸14、限位銷軸套13、壓力彈簧16組成。是采用螺紋和彈簧力鎖緊裝置進行的夾緊裝置。

③夾具體由底板1、后模板2、上模板4、前模板7、側(cè)模板12組成。它們均采用錐度銷和螺釘連接。

④導(dǎo)向裝置由大、小鉆套組成。為了方便鉆孔后能進行鉸孔，采用了快換鉆套。

⑤連接元件由8錐度銷、6錐度銷、內(nèi)六角螺釘M8×25、內(nèi)六角螺釘M6×25組成。因其成本低、定位精度高、連接可靠，是最常用的連接件。

⑥其他元件或裝置由加強板8、定位螺釘19組成。

2.3 夾具結(jié)構(gòu)分析

由圖2的鉆床夾具裝配圖所示可知，本裝夾方案是采用頂針的中心定位裝夾。由于軸表面光潔度要求很高，若采用外圓柱面的定位方式，很容易破壞外圓柱面的表面光潔度，同時也會產(chǎn)生較大的定位誤差。此外，由于此加工受力不大，所以，這樣可以避免因裝夾產(chǎn)生位移誤差，又大大提高了定位精度。

前、后頂尖的錐角均采用60°標準頂尖角，后頂尖與后模板是14配合，前頂尖與前模板是14配合。為了提高前頂尖的自鎖力，螺紋采用M18×2。

頂尖螺母與加強板采用過度配合連接。采用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是既能承受因定位夾緊時所產(chǎn)生的軸向作用力，又具有較高的定位精度。

限位裝置組件。在鉆8孔及卸下工件時，將限位銷軸手柄1拉起然后旋轉(zhuǎn)60°角。8孔加工完畢，旋轉(zhuǎn)工件90°，然后扳動手柄，使錐度為4°的軸軸插入8孔，以起限制工件旋轉(zhuǎn)作用，從而保證8孔與12孔的垂直度要求。

考慮到加工零件加工孔需進行鉸削加工，軸孔中心距要求不是非常高，所以，鉆套與襯套采用可換鉆套的配合為。在鉆套的大端凸起一塊的作用是為了在換鉆套時容易取出。為了方便加工，同時也能滿足加工要求具體要求。

3 零件加工工藝

鉆孔工藝的順序如下。

（1）先采用鉆套鉆出8鉸孔前底孔7.5mm然后取下快換鉆套，換上8H7機鉸刀，鉸削加工8孔。

（2）旋轉(zhuǎn)工件90°角，扳動限位銷軸手柄，使限位銷插入8孔以限制工件轉(zhuǎn)動，以保證三個孔之間的垂直度。

（3）采用鉆套鉆出12鉸孔前底孔11.5 mm然后取下可換鉆套，換上12H7機鉸刀，鉸削加工12孔。注意兩個的加工必須要加工后畢一個孔后再加工另一個孔不能輪換加工，以避免鉸孔對孔中心產(chǎn)生偏移。

4 鉆床夾具定位誤差的分析與計算

（1）定位方式和定位元件的選用。

在此加工中，因加工孔與軸兩端的中心距要求不高，但孔與孔之間的中心距、位置精度（平行度、垂直度）及孔與軸心線的對稱度、垂直度比較高，同時外圓柱面的表面粗糙度要求也很高，但零件形狀比較簡單。

因為頂尖定位具有定心精度高、結(jié)構(gòu)簡單、加工精度容易保證、具有自動定心作用等特點。所以，選用了兩頂尖進行定位的定位方式作為主要定位裝置。

另外選用了錐度軸作為輔助定位。因錐度軸具有自動定心作用，同時也可以使錐度軸的外表面與孔壁端面密切接觸。從而提高定位精度。

即在這套夾具中采用了兩種定位方式：一種是主要定位為頂尖中心定位，另一種是輔助定位為錐度銷定位。從而提高加工精度，最大程度降低定位誤差。

（2）定位自由度的分析（如圖3所示）根據(jù)定位方式畫出主要定位示意圖。說明：→表示平行移動自由度，表示旋轉(zhuǎn)自由度。

根據(jù)六點定位原則，采用固定頂尖進行定位能限制的自由度有、、、、五個自由度，屬不完全定位。保證鉆孔的中心距尺寸精度、孔與孔的平行度及孔與軸心線的對稱度、垂直度。

因為錐度銷對圓柱孔定位是線接觸。采用錐度銷進行定位能限制的自由度有、、、、。這樣也就限制加工零件在空間的移動自由度和X軸、Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度。在這一定位裝置中能起到定位作用的是限制Z旋轉(zhuǎn)度，而其他自由度在主要定位裝置中得到了重復(fù)定位，屬于過定位。

由于先鉆8孔，要求孔與軸心線的對稱度及垂直度。

4.1 定位誤差的分析與計算

（1）工件在夾具中加工時的加工誤差由夾具位置誤差、定位誤差、對刀導(dǎo)向誤差、機床系統(tǒng)綜合誤差四項組成。在四項指標中，與夾具設(shè)計制造有關(guān)的誤差指標是定位誤差、對刀導(dǎo)向誤差、夾具位置誤差，其他項在此不作研究。其中重點分析的是定位誤差。

（2）定位誤差及其產(chǎn)生的原因。

①定位基準不重合誤差：定位基準與設(shè)計基準不重合所產(chǎn)生的定位誤差。

如圖1所示，加工零件的各類孔中心距尺寸及對稱度、垂直度平行度、圓柱度的設(shè)計基準是連桿中心線。

在本方案的定位元件是頂尖、錐度銷，夾具定位基準是連桿中心線和8孔的中心線。

所以設(shè)計基準與定位基準重合，即基準不重合誤差為零。

②定位基準的位移誤差△Y：由于定位副制造不準確，定位基準相對于夾具上定位元件的起始基準發(fā)生位移，發(fā)生定位誤差△Y。

定位副是錐度孔、軸配合，由于錐度孔、軸配合具有自動對心作用，對定位副的定位面加工要求不高。這樣，定位基準位移誤差也可以為零。即：

但考慮到當定位副兩端中心線高度發(fā)生偏差時而使連桿在裝夾定位時產(chǎn)生傾斜度，從而影響鉆孔與軸的垂直度。為左端支點為最高，右端支點為最低定位時，得出的垂直度誤差示意圖。

由示意圖構(gòu)成的三角形得出角度計算公式：

（3）刀導(dǎo)向誤差△T：刀具相對夾具的位置誤差。

在這套夾具中，由于采用快換鉆套，鉆套與襯套的配合為間隙配合。所以，對刀導(dǎo)向誤差△T 是由鉆套外柱面與襯套內(nèi)孔的制造誤差及配合間隙所產(chǎn)生的。在此，按工件以圓孔定位時的誤差分析原則進行分析，由以下公式算出：

為襯套圓孔直徑公差；

為鉆套外圓直徑公差；

為定位副最小配合間隙。

按工件加工圖樣計算得出三個孔的定位情況如下：

8孔與12孔定位誤差為0.017+0.021 =0.038 mm；

加工工件要求：之間的中心距精度為0.1mm，滿足要求；

兩個12孔之間的定位誤差為0.021+ 0.021=0.042 mm；

加工工件要求：之間的中心距精度為0.12 mm，滿足要求。

由以上分析結(jié)果表明，這套夾具的定位誤差比加工零件的位置公差要求小，所以滿足加工要求。

在制造這套夾具時，借用了其他先進、高精度的機械加工設(shè)備。如上模板孔的加工采用數(shù)控銑床進行加工，各模板平面采用平面磨床進行磨削，同時采用了比較合理的加工工藝方法，如三塊側(cè)模板的定位孔采用一體式配合加工，對垂直度要求較高的盡可能采用組合裝配后再進行一體式加工。使夾具的制造精度得到很大提高。

5 結(jié)語

采用這套鉆床夾具進行鉆孔，不但提高了零件的加工精度，也提高了加工效率和產(chǎn)品的成品率。使成品率達到99.8﹪。同時，經(jīng)估算加工效率比采用普通加工方法提高了10倍以上，又避免為了加工這一根軸而購買高精度的數(shù)控銑床的資金浪費。得到非常明顯的經(jīng)濟效益。

通過這次鉆床夾具的設(shè)計與加工，使我深深體會到，企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，對技術(shù)人員提出了更高的要求，要提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，靠高水平的手工操作技能是遠遠不夠的，還要有不斷創(chuàng)新意識。

參考文獻

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