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薄壁件複合開孔工裝創新設計

2020-2-21 來源：- 作者：周永龍，王小剛（gāng）

摘要：針對現有孔加工工裝“成本高、使用繁、範圍窄”的不足，明確了“分析工藝、綜合刀具（jù）、鑽銑組合”的（de）創新思路，進行工作（zuò）母盤、工作（zuò）刀具的設計，探索了新型薄壁件複合（hé）開孔工裝的實施方式，減少了加工成本，提高了加工效率，增加了適（shì）用（yòng）類型，拓寬了應用範圍。

關鍵詞：孔加工；開孔；薄壁件；工裝；母盤；刀具

內孔表麵是組成機械零件（jiàn）的重要表麵之一，在零部件中，內孔表麵起到緊固連接、傳動、調節質（zhì）心分布等作用。孔的類型主要分為（wéi）緊固連（lián）接孔、傳動孔、工藝孔等。其中，緊固連接孔通過各種不同尺寸的（de）螺釘孔（kǒng）、銷釘孔或鉚釘孔，把零件連接、固定起來；傳動孔通過孔與軸的配合類型合理選擇，能夠讓軸和孔之間產生相對運動；工藝孔通過孔的形態與分布，對機械零件本身起到調節、加工的作用，如油孔、減重孔、對定孔等。

孔加工是通過切削設備或成型設備對工件進行加工以（yǐ）產生符合要求的孔的加工過程，包括鑽孔、鉸孔、鏜孔（kǒng）、拉孔、衝孔等方式。在機械（xiè）零件中，帶孔零件一般要占（zhàn）零件總數的 50%~80%，孔的種類也是多種多（duō）樣的，有圓柱（zhù）形孔（kǒng）、圓錐形孔、螺紋形孔和成形孔等。由於孔的種類多樣、工件形式各異、加工環境不同，加工方式也不盡相同，對薄板、鈑金等薄壁件進行開孔的常用方法是衝孔、鑽孔的方式（shì）。衝孔適（shì）用於定型薄壁金屬件（jiàn）的大批量生產，需要專用機床和模具進行衝壓操作，不適應於薄板的單件小批量生產，因此在生產中，對於薄壁（bì）件通常采用鑽孔（kǒng）加工的方式。鑽孔加（jiā）工設備可以是手鑽、台鑽、立式鑽床等，刀具一般為麻花鑽（zuàn）、锪孔鑽，夾具多（duō）為彈性夾頭。

1、現有薄壁件開孔工裝（zhuāng）存在的問題

圖（tú） 1 為市（shì）場（chǎng）現有薄壁件開（kāi）孔工裝

其基本結構為成（chéng）組出現的圓盤刀（dāo）具，根據開孔（kǒng）的規格大小，選（xuǎn）擇不同的刀（dāo）具，在夾緊和傳動方式上采用的螺紋旋（xuán）合夾緊（jǐn）方式，其裝（zhuāng）配相對複雜耗時，整體表（biǎo）現出“成本高、使用繁、範圍窄（zhǎi）”的特點。

由圖 1 可知，當需要（yào）加工不同孔徑（jìng）的（de）時候，就需要有相對（duì）應的開孔刀具，多種規格成套使用，攜帶不便，浪費金屬（shǔ）材料。由於單個開孔刀具的某幾個切削齒產生磨損甚至折斷後（hòu），將影響到整個刀具的加工效果，因此就需要將整個刀（dāo）具更換，從而造成了浪費，提高了成本。

2）使用繁。一是安裝繁雜。中（zhōng）心定位鑽的安與普通（tōng）夾頭相（xiàng）似，在完成中心位鑽安裝後，還需要對盤刀進行安裝，需要具有適（shì）當的預緊（jǐn）力。當孔徑較大時，還需要（yào）增加扭力板以傳遞扭矩進行切削

加工。這些都增加了安（ān）裝的難度。二是調節繁瑣。當改變孔（kǒng）徑從而更（gèng）換刀具的時候，需要進行刀具的拆除，然後進行（háng）新刀具的對（duì）中安裝。若還需要更換扭力板，則需要更進（jìn）一步進行調整，以完成刀具的更換（huàn）和切削。

3）範圍窄。對於單個刀具而（ér）言，由於其為定尺寸刀具，因此不僅加工的孔（kǒng）徑固定（dìng），而且開（kāi）孔（kǒng）的深度也固定（dìng）。對於成（chéng）組刀具而言，隻能開通孔，不能加工盲孔（kǒng），更不能加工異型麵（miàn）。

2 、薄壁件複合開孔工裝的創新思路

該創（chuàng）新設計目（mù）的在於（yú）提供一（yī）種打孔工裝，將刀具與夾具相結合，解決了現（xiàn）有（yǒu）的打孔裝置規格多、適應性差的問題。創新思路的原則是“分析工藝、綜合刀具（jù）、鑽銑組合” 。

1）分析鑽孔的基本工藝。一是單個零件的（de）鑽孔工藝，通（tōng）過（guò）單個孔的直接劃（huá）線，確定位置後進行鑽孔；二是引鑽工藝，先鑽一個孔，以（yǐ）此（cǐ）孔為基準，鑽削（xuē）加工其（qí）他的（de）孔，可以利用已有（yǒu）麵或鑽窩進

行異向鑽孔；三是組合鑽工藝，將（jiāng）兩個或多個零件用夾頭夾緊或（huò）螺釘組合（hé）後形成（chéng）一體，從而進行鑽孔加工。

2）綜合運用鑽（zuàn）孔（kǒng）工藝創新設計。在分析引鑽、組合（hé）鑽等工（gōng）藝的基礎上，以此原理為基礎，結合夾頭、刀（dāo）具運動方式，進行新的結構設計，合理布局工裝結構。其（qí）特點是結（jié）合中心鑽和定（dìng）心鑽的基本作用，進行刀具方式新組合。其中，中心鑽主要用於鑽中心孔，也可用於麻花鑽鑽孔前預鑽定心孔；定心鑽主要用於麻花鑽鑽孔前（qián）預鑽定心孔，主要有90°和 120°兩種規格。

3）鑽銑組合。在現有夾具的基礎上，以中心鑽（zuàn）的引鑽工藝為基礎，將市場（chǎng）現有的多齒刀具進行分化設計（jì），形成“中心為鑽，周向加工為銑”的加工方式。

3 、薄壁件複合開孔工裝（zhuāng）的創新設計（jì）

在（zài）明確創新設計思想的基礎上（shàng），確定創新設計技術方（fāng）案。該方案采（cǎi）用了母盤，母盤中心設有夾持頭，母盤的半徑上設有若幹條空（kōng）心的刀具槽道，每條刀具槽道設有若幹錐形刀具柄安裝孔，刀具柄頭設有凸起，刀具柄身為錐形（xíng）麵能夠配（pèi）合刀具柄（bǐng）安裝孔的形狀，刀具柄身兩側設有凸起的直柱。當刀具柄頭插（chā）入刀具柄安裝孔內時，刀具柄身的錐形麵緊貼刀具柄安裝孔的錐麵，刀具柄身兩側凸起（qǐ）的直柱置於刀具柄（bǐng）安裝（zhuāng）孔旁的刀具槽道內，凸起伸出，刀具柄安裝孔（kǒng）位於母盤上方，夾緊螺母用來夾緊凸起，將刀具夾緊在母盤上。此外，母盤中心底部還設有中心（xīn）鑽。

1）工作母盤（pán）。圖 2 為工作母盤。工作母盤為該薄壁件複（fù）合開孔工裝（zhuāng）的基體，起到連接、支承、傳動的作（zuò）用。在盤上（shàng）麵設置圓（yuán）軸，在圓軸上端周向均布 3 個平麵，作（zuò）為夾持連接頭，與鑽床的三爪夾緊配（pèi）合使用，對（duì）圓盤進行（háng）夾緊，從而有效驅動整個盤麵的旋轉。為了減少能耗，圓盤下端為中空結構，盤麵均布 6 個刀具長槽，各槽中分布錐度孔，方便刀具快速精準定位、夾緊（jǐn）。每個錐度孔刻線標示其回轉直徑，便於快速讀取數（shù）值。

圖2 工作母盤

2）各樣刀具。

圖（tú） 3 為刀具基本結構（gòu）示例。刀柄的鍍麵部分可實現快速定位、方便（biàn）夾緊。二側矩形台麵與（yǔ）母盤長槽相（xiàng）配合，防止單個刀具自身的（de）旋轉，從而對刀具頭部起到定位作用。刀具尾部為螺紋結構，通過旋合螺母，扳手加力，即可螺旋鎖緊。刀具頭部根（gēn）據需要設計成長柄、短柄（bǐng），寬（kuān）刃、異型麵等類型。通過變換刀具的類型、位置，實現開通孔、锪孔的目標，可加工平底（dǐ）、異型麵。

圖 3 刀（dāo）具基本結構示例

4 、薄壁件複合開孔工裝的實施方式

該創新（xīn）設計（jì）的具體實施方式詳細情況如下：母盤中心（xīn）設（shè）有夾持頭，母盤的半徑上（shàng）設有若幹條空心的（de）刀具槽道，每條刀具（jù）槽道設有若幹錐形的刀具（jù）柄安裝孔，刀具的刀具柄（bǐng）頭設有凸起，刀（dāo）具柄身為錐形麵能夠配合刀（dāo）具（jù）柄安裝孔的形狀，刀具柄身兩側設有（yǒu）凸起的直柱。當刀具柄頭插入刀（dāo）具柄安裝孔內時，刀具柄身的錐形麵緊貼刀具（jù）柄安裝孔的（de）錐麵，刀具柄（bǐng）身兩側凸起的直（zhí）柱置於刀具柄安裝孔旁的刀具槽道內，凸起伸出，刀具（jù）柄安裝孔位於母盤上方，夾緊螺母用來夾緊凸起（qǐ），將刀具夾緊在母盤上。刀具的刀（dāo）頭能夠根據需要設計成（chéng）長（zhǎng）刃、短刃，寬刃、異型麵刃等類型。通過變換刀具的類型、位置，實現開通孔、锪孔的目（mù）標，可加工平底、異型麵。刀具柄安裝孔在刀具（jù）槽道中分布，方便刀具快（kuài）速精準定（dìng）位、夾緊（jǐn）。母盤中（zhōng）心底部（bù）還設有中心鑽，中心鑽起到中心定位作用，方便母盤的固定和取出。

圖 4 薄壁件複合開孔工裝整體裝配示意圖

圖 5 為刀具定位示意圖

5 、結束語

通（tōng）過該薄壁件複合（hé）開孔工裝的創新設計，特別是工作母盤的（de）作（zuò）用，減少了成組刀具的材料應用（yòng），從而降低了成本，通過多種（zhǒng）錐麵、台麵的組合，實現快速定位與夾緊，從而減少了換刀的強度和技術要求，容易操作。通過刀（dāo）具的類（lèi）型選擇、母盤安裝位置的變化（huà），現實了多樣孔的加工。

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