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飛鐵座架鑽（zuàn）孔夾具的設（shè）計

2021-8-4 來源：江（jiāng）蘇大學江蘇高創機電製造有限（xiàn）公司作者（zhě）：儲曉猛

摘要: 針對飛鐵座架（jià） 4 －直徑7 mm 孔的加工問題，基於工序集（jí）中原則，配（pèi）合數（shù）控加（jiā）工中心，設計了鑽孔夾具。介紹了這一鑽孔夾具的結構，分析了其功能。這一鑽孔夾具結構簡單（dān），安裝調整方便（biàn）。應用這一鑽孔夾（jiá）具，一次裝夾即（jí）可完成零件上四個孔的加工，能夠提高加工精度和產品質量。

關鍵（jiàn）詞: 飛鐵座架鑽（zuàn）孔夾具設計

1、設計（jì）背景

135 係列柴油機屬於中功率四衝程直噴水冷式高速柴（chái）油機，缸徑為（wéi） 135 mm，其調速器部件如（rú）圖 1 所示。135 係列柴油機產品（pǐn）以良好的動力、經濟（jì）性能，以及維護簡單、使（shǐ）用方便、配件互換通用（yòng）性好、價格低等（děng）諸多優點，廣泛應用於船舶主機和輔機、發電機組、工程機械、載重汽車（chē）等領域。

飛鐵座架為 135 係列柴油機調速器轉子（zǐ）部件上的一個零件，調速器轉子部件如圖 2 所示。通過 4 －直徑7mm 孔的間隙配（pèi）合，兩個質量相（xiàng）等（děng）的飛鐵由飛鐵銷安裝在飛鐵座架上。柴油機運轉時（shí），飛鐵座架和轉軸（zhóu）一起旋轉（zhuǎn），飛鐵產生離心力。飛鐵離心力與調速彈簧張力之間的不平衡力用於移動油量調節機構，從而使（shǐ）柴油機能（néng）夠隨著外界負荷的變化而（ér）調節供油（yóu）量，以（yǐ）保持與外界負荷相適應，進而使柴油機的轉速在一定（dìng）範圍內保持穩定，以（yǐ）防（fáng）出現飛車事故或熄火現象（xiàng）。如果飛（fēi）鐵座架中 4 －直徑（jìng）7 mm 孔尺寸精度不（bú）能保證，那麽會（huì）造成飛鐵與飛鐵座架之間卡滯、鬆動等問題，將給整機的裝配帶來不良後果（guǒ），從而影響柴油機尾氣的排放及（jí）整機（jī）的運（yùn）轉工況水平。

2 、加工（gōng）現狀

飛鐵座架結構尺寸如圖 3 所示。為提高飛鐵座架4 － 7 mm 孔的加工精度，采用鑽孔、擴孔、鉸（jiǎo）孔的工藝方案。零件加工精度要求高，生產數（shù）量較大，每月需（xū）生產10 000餘件，加工（gōng）效率成為急需解決的問題。原先采用（yòng）鑽（zuàn）模套夾（jiá）具在普通立式鑽床上進行加工，由於涉及鑽孔、擴（kuò）孔、鉸孔（kǒng）三個工步，需要頻繁更換刀具，自動（dòng）化程度低，並且（qiě）產品質量在很大（dà）程度上取（qǔ）決於工人的技（jì）術能力，造成產品質量不穩定，合格率低，工人勞動強度大，生產效率不高，有（yǒu）效切削時（shí）間平均隻占全部工作時間（jiān）的 40% 。針對原先加工方案的劣勢，結合工（gōng）序集中的優點，筆者設計了飛鐵座架鑽孔夾具，配合數控加（jiā）工中心加工，可以解決存在的問（wèn）題。

3、鑽孔夾具結構

應用飛鐵座架鑽孔夾具，飛鐵座架一次裝夾（jiá）固定，即可完成 4 － 7 mm 孔的加工。鑽（zuàn）孔夾具在設計過程（chéng）中，除要滿足零件的加工要求外，還要考慮鑽孔（kǒng）夾具本身的工藝（yì）性及結構的合理性（xìng）。根據夾具設計的基本思（sī）路（lù），先（xiān）確定鑽孔夾具的總（zǒng）體結構方案，再設計鑽孔夾具（jù）中各個部件的結構。所設計的飛鐵座架（jià）鑽孔夾（jiá）具結（jié）構如圖 4 所示，主要由底板、安裝座（zuò）、定位套（tào）、拉杆、校平（píng）塊等部件組成（chéng）。

4 、部件分析

4． 1 定位裝置

經過對飛鐵座架圖紙及工序要求進行分析，定位基準 A 選（xuǎn）擇為 40 mm 外圓（yuán），定位基準（zhǔn） B 選擇為（wéi）直徑48mm外（wài）圓大端麵，定（dìng）位基準C選擇為外側麵。定位時，鑽孔夾具短定位套上（shàng）開設的內孔與直徑40 mm 外圓配合，限製零件的兩個自由度。短定位套上開（kāi）設的（de）端（duān）麵與直徑48 mm 外圓大端麵貼合，限製零件的三（sān）個自由度。校平塊作為自位（wèi）支承，屬於浮動支承，其工作麵形式為兩點式（shì），浮動方式為杠杆浮動，通（tōng）過銷軸安裝（zhuāng）在銷軸座上。校（xiào）平塊在校（xiào）正零件平麵（miàn）度的同時，限製零件的一個（gè）自由度。可見，一共限製零件的六個自由度，屬於（yú）完全定位，滿足定位要求。安裝（zhuāng）座（zuò）上開設圓孔（kǒng），作為對刀（dāo）裝置，便於後續數控加工中心編程時編程原點的（de）找正。此外，還需要注意（yì）各定位（wèi）元件的製造精度，以保證定位精度和可（kě）靠性。

4． 2 夾緊裝置

螺旋（xuán）夾緊（jǐn）機構指（zhǐ）由螺旋副與其（qí）它元件相（xiàng）結合，對工件實施夾（jiá）緊的機構。螺旋夾緊機構（gòu）在生產中使用極（jí）為普遍，其結構簡單，夾緊行（háng）程大，自鎖性能好，增力比大，是手動夾緊中用得最多的一種夾緊機構，常用的夾緊（jǐn）形式有單個螺旋夾緊機構（gòu）、螺旋杠（gàng）杆壓板（bǎn）夾緊機構。基於飛鐵座架結構，綜（zōng）合（hé）分析（xī）後決定采用單個螺旋夾緊機構。

夾（jiá）緊（jǐn）裝置主要由拉杆固（gù）定板、拉杆、錐麵開口墊片、球形（xíng）螺母組成。零件定位完成後，利用錐麵開口墊片、拉杆及球形螺母，實現零件的固定。加工完畢後，鬆（sōng）開球形螺（luó）母，取出錐（zhuī）麵開口墊片，沿著拉（lā）杆軸線方向即可快速拆卸零件。

4． 3 夾具體

夾具體由安裝座、底板等組成，定位裝置及壓緊裝置均固定安裝在夾具體上。鑽孔夾具裝配時，需要注意夾具體（tǐ）自身精度及定位裝置在夾具體上的相對位（wèi）置精度。另外，夾（jiá）具（jù）體在機床上的安（ān）裝精度也是影響零件加工精度（dù）的（de）重（chóng）要因素，在鑽孔夾具製造、安裝及調試

找正時需加以考慮（lǜ）。

5、力學計算

5． 1 切削力

結合鑽孔、擴孔、鉸孔的工藝要（yào）求，切削力的大小主要取決於飛鐵座架的材質及預鑽孔（kǒng）時選擇的（de）切削用量。材料為鑄（zhù）鋼，預鑽孔孔徑為 6． 5 mm。由於產品材料為塑性材（cái）質（zhì），鑽頭材（cái）料選取具有較高常溫硬度、耐磨性（xìng）好、耐高溫、抗氧化能力強的（de） YA6 型硬質合金，切削性能優秀，適合對冷硬鑄鋼、高錳鋼、淬火鋼等材（cái）料進行半精加工和精加工。根據現有機床情（qíng）況，結合刀具廠商推薦的切削參數，初定切削轉速為 800 r/min，進給速度（dù）為 100 mm /mim，每齒進給量為（wéi） 0． 125 mm /Z。利用 NOVEX 軟件進行切削力計算，將相關參數輸入軟件，計算得出的（de）理論切削力為 600 N 左右，界（jiè）麵如圖 5 所示。在此切削力的基礎上（shàng）乘以安全因數 3，得到所（suǒ）需（xū）的安全夾緊力為 1800 N。

5． 2 夾緊力

由夾緊裝（zhuāng）置的結構可知，鑽孔夾具采用單螺旋夾（jiá）緊方式，通過螺母夾緊零件。查手冊（cè）可知，M16 × 2 六角螺母在扳手長度為 190 mm、外施作用力為 100 N 的情況下，夾緊力可（kě）達 5 230 N，即該單螺旋夾緊機構的夾緊力為（wéi） 5 230 N。5 230 N 大（dà）於 1 800 N，可見滿足安全夾緊力要求。

6 、應用效果

所設計的飛鐵座架鑽孔夾具符合（hé）六點定位原理，定（dìng）位精度可靠（kào），安裝便捷，應用現場如圖 6 所示（shì）。兩年多的生產實踐表明，這一鑽（zuàn）孔夾（jiá）具能夠達到設計要求，極大提高了加工效率及產（chǎn）品質量，並降低了生產成本。

7、結束語

筆者（zhě）設計了飛（fēi）鐵座架鑽孔夾具，這一鑽孔夾具定位準確可靠，結構簡單，安裝便捷，能夠充分（fèn）保（bǎo）證加工質量，實現工（gōng）序集中的加工方案，配合數控加工（gōng）中心，極大降低了勞動強度，提高了（le）生產效率和產品質量，發揮了（le）數控加（jiā）工的優勢，同時為解決類似零件加工問題提供了參考。

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