基于SolidWorks的斜孔鉆模設計及虛擬裝配

孫淑婷

(太原工業(yè)學院 機械工程系，山西 太原 030008)

0 引言

鉆床夾具因大都具有導向裝置，習慣上又稱為鉆模，主要用于孔加工。在機床夾具中，鉆模占有很大的比例。在用鉆模加工零件上的孔時，絕大多數被加工孔的軸線與鉆床上安裝的鉆頭軸線平行，這種鉆模設計相對簡單。但是，在生產實際中有些零件上被加工孔的軸線與鉆頭軸線傾斜成一定的角度，加工這種孔的鉆模叫斜孔鉆模，斜孔鉆模的設計相對復雜。本文基于SolidWorks軟件設計了加工托架零件上的與鉆頭軸線傾斜25°±20′的兩個Φ10.1 mm孔的斜孔鉆模。

1 斜孔鉆模結構設計

圖1為被加工零件托架的工序示意圖。本工序要加工2-Φ10.1 mm孔，在此工序之前Φ33H7孔、端面A、C和兩側面B已經加工完成。本設計的任務是設計鉆削兩個M12的螺紋底孔2-Φ10.1的斜孔鉆模。

圖1 托架加工工序示意圖

1.1 工序加工要求

(1) 零件上兩個Φ10.1 mm孔的軸線與Φ33H7孔的軸線之間的夾角為25°±20′。

(2) 零件上兩個Φ10.1 mm孔軸線到Φ33H7孔軸線的距離應當保證為88.5±0.15 mm。

(3) 零件上需要加工的兩個孔對兩個R18 mm軸線組成的中心面要保證對稱。

(4) 圖1中105 mm的尺寸是為了方便對斜孔鉆模的設計及計算而一定要標注的工藝尺寸。

1.2 斜孔鉆模設計中要注意的幾個問題

為了保證鉆套和被加工孔兩者的軸線垂直于鉆床的工作臺，在設計中主要限位基準就必須要傾斜；另外在斜孔鉆模的設計中工藝孔的設計也很重要；由于在加工過程中兩個Φ10.1 mm的孔應該在一次裝夾中加工完成，所以鉆模需設計分度裝置；從工序圖看被加工部位剛性較差，鉆模設計中應考慮加裝輔助支撐。

1.3 斜孔鉆模定位方案的設計

從圖1可知，Φ10.1 mm孔的工序基準為A面、Φ33H7孔軸線和兩個R18 mm的中間平面。本著定位基準和工序基準重合的原則應選擇工序基準Φ33H7孔、A面和R18 mm作為定位基面,其定位結構方案1如圖2(a)所示。在此定位方案中帶端面的心軸2限制了工件的5個自由度，在R18 mm處采用活動V型塊3來限制一個轉動自由度，實現工件的完全定位；在被加工孔的下面加兩個輔助支承釘1，其目的是增加工件的加工剛度。此方案的優(yōu)點在于定位基準和工序基準重合，沒有基準不重合誤差，但其最大的缺點是結構不緊湊。如果將圖2(a)中的定位基面A換成工件上的C面,其定位結構方案2如圖2(b)所示。在圖2(b)中，兩個輔助支承采用了斜楔輔助支承4。該定位方案的缺點是工序基準A與定位基準C不重合會產生基準不重合誤差，但從圖1可知工序尺寸105 mm精度要求不高，定位誤差對它的影響較小。圖2(b)所示的定位方案最大的優(yōu)點是定位結構空間布局合理，工件容易裝夾。綜合考慮后，本設計采用定位方案2。

1-輔助支承釘;2-定位心軸;3-活動V形塊;4-斜楔輔助支承圖2 鉆模定位方案

1.4 鉆模導向和夾緊方案的設計

由于兩個被加工Φ10.1 mm孔是螺紋底孔，精度要求不高可直接鉆出，鉆模選擇了固定鉆套和固定鉆模板。鉆套安裝在鉆模板上，鉆模板安裝在夾具體上,鉆模導向和夾緊方案如圖3所示。鉆套4和鉆模板5組成導向裝置，確定了鉆頭軸線相對定位元件的正確位置。為了快速裝夾工件，選擇開口墊圈2和夾緊螺釘1夾緊的夾緊方案。工件在定位心軸3上定位后插入開口墊圈2，擰緊夾緊螺釘1使工件被夾緊。

1-夾緊螺釘;2-開口墊圈;3-定位心軸;4-鉆套;5-鉆模板圖3 鉆模導向和夾緊方案

1.5 分度裝置和夾具體的設計

分度裝置有回轉和直線分度兩種，本設計選用回轉分度裝置。分度盤安裝在夾具體上，其安裝基準面相對夾具體的安裝基面要傾斜25°±20′，鉆模板安裝面與夾具體的安裝基面平行。夾具體安裝基面采取兩端接觸的方式，夾具體上需要設計工藝孔。

1.6 工藝孔位置的確定與計算

由圖3可知，定位心軸的軸線和鉆套的軸線有一個夾角，兩者的相對位置不好直接標注，因此需在夾具體上設置工藝孔,利用工藝孔間接確定鉆套與定位心軸之間的尺寸。工藝孔的位置應設計在心軸的軸線上，為了便于測量，工藝孔應設置在夾具體的外表面上，工藝孔尺寸選擇標準心棒尺寸。圖4為用工藝孔確定鉆套位置。由圖4看出，工藝孔到限位面的距離是75 mm,由圖中的幾何關系可以計算出鉆套軸線到工藝孔中心的距離X=48.94 mm。在制造鉆模時直接控制48.94±0.05 mm、75±0.05 mm的精度要求，可使尺寸88.5±0.15 mm的精度被間接獲得。

圖4 用工藝孔確定鉆套位置

2 斜孔鉆模的三維設計與虛擬裝配

2.1 鉆模上零件的三維設計

SolidWorks軟件有三個功能強大的基本模塊，即零件模塊、裝配體模塊和工程圖模塊，分別用于完成零件設計、裝配體設計和工程圖設計，這三個模塊中的幾何數據是全相關的，對任意一個模塊中的設計數據進行修改，都會自動地反映到其他模塊中去，設計效率非常高。

打開SolidWorks三維軟件，在零件模塊中點擊草圖，進入草圖繪制界面，在工具欄中可以選擇直線、圓形、矩形等命令繪圖，草圖繪制完成后可以使用工具欄中的智能尺寸命令修改草圖的基本尺寸。所繪圖形滿足設計要求后，進入特征編輯功能，使用拉伸、切除等命令實現零件的特征造型。在繪制標準件如銷、螺栓、螺母、螺釘等時，可以從SolidWorks插件中的toolbox內導入。通過上述建模方法完成了斜孔鉆模上所需要的所有零件的三維建模。圖5為斜孔鉆模上主要零件的三維模型。

圖5 斜孔鉆模主要零件的三維模型

2.2 斜孔鉆模的虛擬裝配

鉆模的裝配選擇自底向上的裝配建模方法。在裝配體設計環(huán)境下新建一個裝配體文件，在新建的裝配體文件中，選擇[插入]/[零部件]/[現有零部件/裝配體]命令。在新彈出的對話框內，雙擊需要插入零件的文件圖標，本裝配第一個插入的零件是夾具體。移動鼠標到新建裝配體文件的原點，單擊原點定位該零件。此時，插入零件的坐標原點與裝配體文件的原點相重合。使用SolidWorks裝配模塊提供的約束關系(如同軸心、平行、垂直、重合、相切等)完成鉆模上其余零件的裝配。鉆模裝配完后，需進行裝配模型驗證。選擇“工具”→“干涉檢查”命令，彈出“干涉檢查”對話框，單擊“計算”按鈕，在“結果”區(qū)看鉆模裝配體有無干涉現象，如有干涉存在則根據軟件顯示的干涉部位去修改原零件的設計。圖6為虛擬裝配好的斜孔鉆模。在鉆模虛擬裝配完成后，通過SolidWorks的工程圖模塊直接導出鉆模的二維裝配圖(需保存為.dwg格式才能在AutoCAD下打開)，使用AutoCAD軟件對所保存的二維裝配圖進行修改(如修改線型和線寬、剖視、標注、增添引線、填寫技術要求等)。圖7為斜孔鉆模二維裝配圖(部分)。

圖6 斜孔鉆模虛擬裝配圖

3 結語

本文基于SolidWorks軟件設計了加工托架零件上兩個Φ10.1 mm孔的斜孔鉆模。根據本工序的具體加工要求,擬定了斜孔鉆模的定位、導向、夾緊、分度方案。利用SolidWorks軟件的零件模塊、裝配體模塊和工程圖模塊，分別完成了斜孔鉆模零件的三維設計、裝配體設計和工程圖設計。本鉆模結構設計合理，操作簡單。虛擬裝配技術的應用大大縮短了鉆模的設計、制造周期，提高了企業(yè)的生產效率。

1-V形塊；2-輔助支承；3-夾具體；4-鉆模板；5-鉆套；6-心軸；7-螺釘；8-墊圈；9-分度盤；10-對定銷；11-鎖緊螺母圖7 斜孔鉆模二維裝配圖(部分)