鉆削方孔方法原理及工藝裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要：在常用的機(jī)械結(jié)構(gòu)中會(huì)出現(xiàn)一些方孔，采用常規(guī)加工方法如銼、沖、插、拉、線切割等，這些加工方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。本文提出采用一種特殊的鉆頭，裝在一個(gè)專用的鉆夾頭裝置上，借助一個(gè)帶方孔的鉆套作為導(dǎo)向，在普通鉆床上直接鉆削方孔，能方便、較快地加工出滿足質(zhì)量要求的方孔，此方法省力省時(shí)而且成本較低。

關(guān)鍵詞：鉆削方孔;方法原理;工藝參數(shù);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 ?引言

在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一些方孔，例如機(jī)器設(shè)備上的操作手輪或手抦，基本上都是采用正四方孔、正六方孔來連接固定，機(jī)械零件上的方孔加工方法也很多，如銼、沖、插、拉、線切割等，需要根據(jù)工件的材料、加工數(shù)量、孔的尺寸及精度來選擇，這些加工方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。

銼削加工，先鉆圓孔再鉗工銼削，操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，尺寸精度也不高;沖壓加工，也是先鉆圓孔再利用沖頭在沖床上進(jìn)行沖壓，生產(chǎn)效率高且能保證精度，但需要制作沖頭并有沖床設(shè)備，只是適合大批量生產(chǎn);拉削加工，需要拉刀和拉床設(shè)備，成本高;線切割方法，采用編程控制加工，適合于加工各種硬度材料和形狀復(fù)雜的內(nèi)孔（只能是通孔），雖然加工精度高適應(yīng)性廣，但加工速度慢成本高。

鑒此本文提出，采用一種特殊的鉆頭，裝在一個(gè)專用的鉆夾頭裝置上，借助一個(gè)帶方孔的鉆套作為導(dǎo)向，在普通鉆床上直接鉆削方孔，能方便、較快地加工出滿足質(zhì)量要求的方孔，此方法省力省時(shí)而且成本較低。

1 ?鉆削方孔的原理

常規(guī)的鉆孔加工鉆花是繞自己的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，只能加工圓孔，如果要鉆方形孔，那么鉆花自轉(zhuǎn)的同時(shí)，其軸線還應(yīng)該沿一個(gè)方形軌跡運(yùn)動(dòng)，這樣才能加工出一個(gè)方形孔。具有這種奇妙特性就得使用非圓形的定寬曲線，非圓定寬曲線中最簡單的一種就是萊洛三角形。它是以等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)為圓心，邊長為半徑，在頂點(diǎn)的對邊畫弧，就得到萊洛三角形，見圖1。萊洛三角形的寬度等于構(gòu)造等邊三角形的邊長。

當(dāng)萊洛三角形在邊長為其寬度的正方形內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，每一個(gè)角走過的軌跡基本上就是一個(gè)正方形，只是四角有點(diǎn)小弧度，如圖2。不過對于一般內(nèi)孔加工來說，能夠滿足使用要求。萊洛三角形在正方形內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其中心不是固定不變的，而是近似一個(gè)圓形。

從方孔形成原理看出，萊洛三角形的三個(gè)角的運(yùn)動(dòng)軌跡基本上是一個(gè)正方形，利用這一特征，采用鉆削方孔時(shí)鉆花做成萊洛三角形相似形狀，以萊洛三角形的三個(gè)角做成三面刃鉆花的三個(gè)刃（稱為萊洛三角鉆頭，見圖3），這樣就剛好加工出方形孔。只是萊洛三角鉆頭與萊洛三角形一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其中心是近似一個(gè)圓形，此時(shí)萊洛三角形與鉆床軸之間采用浮動(dòng)連接就行了。

2 ?方孔鉆削方法與鉆削工藝參數(shù)

為了減少方孔鉆削余量，鉆削方孔前首先用麻花鉆在工件相應(yīng)鉆方孔位置上鉆一圓形底孔，麻花鉆直徑比方孔邊長a約小1～2mm。然后將方孔鉆頭夾于浮動(dòng)夾頭上，浮動(dòng)夾頭另一端安裝在鉆床主軸錐孔內(nèi)，通過夾頭的內(nèi)部機(jī)構(gòu)使鉆頭偏離鉆床主軸旋轉(zhuǎn)，鉆出方孔。切削轉(zhuǎn)速：n=30～80r/min，進(jìn)級量f=0.1～0.2mm/r，用6～8%的乳化油水溶液作為冷卻液。安裝靠模與工件時(shí)，應(yīng)該注意校正工件底孔和靠模方孔的相對中心及工件方孔的方向。鉆削后再用銼刀修正就成清角方孔了。

3 ?方孔鉆頭結(jié)構(gòu)及尺寸

方孔鉆頭結(jié)構(gòu)如圖4所示，其材料選用高速鋼，熱處理硬度為60～65HRC，分為切削部分和夾持部分，切削部分未開溝槽部分作為鉆削時(shí)起導(dǎo)向作用，為了避免導(dǎo)向部分與靠模產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，R比a略小。方孔鉆頭結(jié)構(gòu)尺寸見表1。

4 ?浮動(dòng)夾頭結(jié)構(gòu)

浮動(dòng)夾頭結(jié)構(gòu)如圖5所示。

浮動(dòng)夾頭下端用于安裝方孔鉆頭1，上端錐柄裝在鉆床主軸錐孔里，實(shí)現(xiàn)鉆頭與主軸之間的浮動(dòng)連接，方孔鉆頭上端的萊洛三角形在靠模板2的正方形內(nèi)旋轉(zhuǎn)，方孔鉆頭前端的三條切削刃尖的軌跡就是一個(gè)正方形，實(shí)現(xiàn)方孔的加工。方孔鉆頭與鉆頭錐柄中間采用十字滑塊連軸器7連，實(shí)現(xiàn)方孔鉆頭在平面內(nèi)作任意方向的短距離移動(dòng)，方孔鉆頭通過動(dòng)滑塊6支承在若干滾球5上，用滾球來減少移動(dòng)時(shí)與套筒8的摩擦力。

5 ?結(jié)束語

為了解決許多零件快速加工方孔的需要，詳細(xì)介紹了萊洛三角形的原理、鉆削方法與鉆削工藝參數(shù)、方孔鉆頭結(jié)構(gòu)及尺寸、浮動(dòng)夾頭結(jié)構(gòu)，只要工藝參數(shù)合理，利用上述方法不僅能加工方孔，還可以改變靠板內(nèi)腔的形狀，實(shí)現(xiàn)正三角形、正五邊形、正六邊形等正多邊形的方孔鉆削加工。

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作者簡介：向承翔（1966-），男，重慶人，重慶三峽職業(yè)學(xué)院副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與制造、職業(yè)教育。