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一種小型叉形接頭的精密加工技術

2017-12-26 來源：天津航天長征火（huǒ）箭製造（zào）北華（huá）航（háng）天工業學院作者：葛佳崔鑫謝成雨範大偉楊（yáng）昊

摘要：針（zhēn）對小型叉形接頭結構尺寸（cùn）較小，在加（jiā）工過程中存在小直徑深孔難加工、形位（wèi）公（gōng）差難保證、微（wēi）小（xiǎo）結構難裝夾等難題，通過（guò）設計一套集定位、裝夾、鑽模為一體（tǐ）的（de）組合鑽模，改進鑽頭結構，既實現了產品可靠裝夾，又保證了產品加工精（jīng）度，加工效率大大提升。

關鍵詞: 深孔加（jiā）工小孔加工裝夾定位（wèi）組合鑽模

隨著航空航天技術的發展，越來越多的精密零件趨於小型化，零件常采用微孔、深孔等結構，微孔、深（shēn）孔的精密加工是機械加工領域的難點之一。

筆者通過研究小型叉形接頭的精密加工工藝（yì），設計了一套集定位、裝夾（jiá）、鑽模為一體的組合鑽模，解決（jué）了叉形接頭小直徑深孔加工的（de）難題，為同（tóng）類（lèi）型小型工件的加工（gōng）裝夾、小直徑深孔加工提供了加工（gōng）經驗。

1 、加（jiā）工現狀

1.1 產品結構分析

叉形接頭結構如圖 1 所示。

圖 1 叉形接頭產品結構

可看出叉形接頭屬於小直徑深孔零件，孔徑 2 mm，深（shēn） 21 mm，長徑比達10.5。由於外圓直（zhí）徑為 3.8 mm，壁厚不足 1 mm，屬於薄壁零件。此外，要（yào）求內（nèi）孔相對外圓的同軸度為準0.1mm，2-準2.4 孔相對外圓軸心線對（duì）稱度為 0.16 mm，叉形（xíng）槽相對外圓軸心線對稱度為 0.1 mm。零（líng）件材料為 45號（hào）鋼。

1.2 加工存在的問題

1.2.1 裝夾困難

叉形接頭在加（jiā）工準2.4 mm 孔和叉形槽時，需以準3.8 mm 外圓軸心線為基準來保證對稱度公差要求。但是叉形接頭結構尺寸小，無有效夾（jiá）持點，小端壁厚不足 1 mm，剛性差，容易造成裝夾變形，加工裝夾困難。

1.2.2 孔徑（jìng）小

機（jī）械加工中將孔徑小於 3 mm 的孔稱為小孔。叉形（xíng）接頭鑽準（zhǔn）2 mm 孔時由於麻花鑽鑽芯厚度小，強度不夠，螺旋槽窄，不易排屑，鑽頭易折斷［1］。

為了保證有效的切削速度，鑽孔（kǒng）時采用較高的轉速，切削產生的溫度很（hěn）高，加劇了鑽頭的磨損。另外，由於麻花鑽鑽芯厚度小，剛性差，容（róng）易彎曲導致鑽頭（tóu）傾斜，產品報廢（fèi）。

1.2.3 深孔

機械加工中將長徑比大於 5 的孔稱為深孔，叉形（xíng）接頭的長徑比為 10.5，在鑽孔過程中，由於（yú）鑽頭細長，剛性（xìng）差，冷卻（què）困（kùn）難，排屑（xiè）不暢，切削熱不易散出［4］。

綜合上述加工問（wèn）題，為了保證叉形接頭（tóu）準（zhǔn）2.4 mm孔和（hé）叉形槽對稱度精度，需（xū）以（yǐ）準3.8 mm 外圓軸心線為基準裝夾。因（yīn）此裝夾要求定位準確，裝夾可靠，同時要提高叉形接頭的結構強（qiáng）度，避免裝夾變形。

另外（wài）應提高鑽孔所（suǒ）用細長鑽（zuàn）頭的剛性，改善排屑情況。

2 、加工方案

2.1 裝夾方案

叉形接頭加工裝夾時主要（yào）考慮（lǜ）以準3.8 mm 外為裝夾基準，提高（gāo）產品結構剛性，避（bì）免（miǎn）裝夾變（biàn）形。

筆者設計了（le）一套集定位、裝夾、鑽模為一體的組合（hé）鑽模，用於叉形接頭加工裝夾，便於鑽孔，保證加工精度。先對工件進行粗加（jiā）工、半精加工。在（zài）數控精密車銑複合機床（高精密微型軸類零（líng）件一次車銑加工成（chéng）形）上車（chē）準3.8 mm 外圓、大（dà）端外圓至（zhì）設計尺寸，在同一次裝夾中鑽準2 mm 孔，以保證同軸度要求。由於在機床上鑽孔（kǒng）過程不可控，加工過程排屑不暢，鑽（zuàn）頭剛性差，易發生鑽偏或鑽頭折斷，因此在機床上鑽（zuàn）準2 mm 孔時，隻鑽 6～7 mm 深的底孔（kǒng）。

最後在（zài）同一次裝夾（jiá）中銑大端兩側平麵，以保證平麵與軸心線的平行。加工後（hòu）的叉形（xíng）接頭半成品如圖 2 所示。

圖2 叉形接（jiē）頭半成品工件

筆者設計的組合鑽模由底座、鑽模蓋板、緊固螺釘組成，結構如圖 3 所示。

圖 3 叉形接頭組（zǔ）合鑽（zuàn）模

底座設計有準3.8 mm 孔，用（yòng）於裝夾找正叉形接頭準（zhǔn）3.8 mm 外圓；設計有圓（yuán）弧平底槽，用於裝夾找正叉形（xíng）接頭的扁頭。鑽（zuàn）模蓋板也設計有圓（yuán）弧平底槽，用於裝夾找正叉形接頭的扁頭；設計有準（zhǔn）2.4 mm 鑽模孔及耐磨（mó）鑽套，用於加工（gōng）叉形接頭扁頭平麵的準2.4 mm 孔［5］。將叉形接（jiē）頭半成品工件裝夾在底座中，以準3.8mm 孔定位並找正叉形接頭準3.8 mm 外圓柱麵（miàn），以圓弧平底槽限製叉形接頭扁頭的旋轉（zhuǎn）自由度。將鑽模蓋（gài）板（bǎn）安裝在底座上，使鑽模蓋板圓弧平底槽與叉形接頭扁（biǎn）頭緊密接觸，鑽模蓋板後板頂住（zhù）叉形接頭端麵，如圖4 所示（shì），最後用螺釘將底（dǐ）座和鑽模（mó）蓋板連接緊固。

圖 4 組合鑽模裝夾原理

由於叉形接頭各麵與底座、鑽模蓋板緊密（mì）接觸，其裝夾狀態（tài）穩定可靠。

2.2 鑽（zuàn）孔方案（àn）

用螺釘將底座和鑽模蓋板（bǎn）連接緊固後，叉形接頭工件在組（zǔ）合鑽模內得到（dào）完全（quán）約束。用虎鉗裝夾組合鑽模的側麵，找正準2.4 mm 鑽模孔後，以鑽套作為導向，在搖（yáo）臂鑽床上鑽（zuàn）準2.4 mm 孔（kǒng）。鑽孔（kǒng）過程中（zhōng）需不斷退出鑽頭，便於切屑的排出。退出鑽頭的同（tóng）時及時添加切削液，降低鑽頭及切削（xuē）區域的溫（wēn）度［6］。

在加工叉形接頭小端準（zhǔn）2 mm 孔時，同樣使用該組合鑽模裝夾。用虎鉗裝夾組合鑽模側麵，找正（zhèng）工件（jiàn）上已加工的準2mm 底孔，以準2 mm 底孔為導向，在搖臂鑽床上鑽準2 mm 孔，如圖 5 所示。

圖 5 叉形接頭鑽孔過程

鑽孔過程（chéng）中為排出切屑，需不斷退出鑽頭排屑。退出鑽頭（tóu）的同時及時添加切削液，降低（dī）鑽頭及切削區域的溫度。縱向進給時要注意手勁及感覺，鑽（zuàn）頭彈跳時，應使它有一個（gè）緩（huǎn）範圍，以防鑽頭折斷。鑽小直（zhí）徑孔時常采用整體式扁鑽。由於扁鑽無螺旋槽（cáo），除刀頭切削部分（fèn）外（wài），刀體為整體（tǐ）圓柱。與麻花鑽相比，整體式扁鑽結構剛性好，鑽孔時鑽頭彎曲較小，另外整體式扁（biǎn）鑽（zuàn）的鑽尖對稱（chēng）性較好。但是（shì）整體式扁鑽無螺旋槽，負前角大，導致鑽削時切削力大，切屑難排出，切削液（yè）難進入切削區域進行降溫，因此整體式扁鑽不適於加長徑比大的微小孔［7］。麻花鑽具有螺旋槽及正前角，切屑易排出，切削液易（yì）進入切削區域進行降（jiàng）溫。

但是小直徑麻花鑽由於鑽芯厚度小，鑽頭剛性差，鑽孔時鑽頭易發生彎曲。為提高麻花鑽剛性，選用鑽芯厚度大、切削（xuē）刃對（duì）稱的（de）鑽頭。但是隨著鑽芯厚度的增大，鑽頭橫（héng）刃加長，鑽孔時走刀抗（kàng）力增大。在使用前（qián）應修磨麻花（huā）鑽，縮短橫刃長（zhǎng）度，加大後角，增大鑽頭頂（dǐng）角，使橫刃（rèn）產生的切屑變少且變長［8］。

另外需在麻花鑽兩個（gè）主切削刃的後刀麵磨出分屑（xiè）槽，通過分屑減小切屑形成過程的塑性（xìng）變形和切屑卷（juàn）曲程度，減小切屑與鑽頭、孔壁的摩擦，便於切屑的順利排出［9］。

上述加工完成後，在叉（chā）形接頭準2 mm 孔中插入芯軸，在（zài）數控精密車銑複合機床上裝（zhuāng）夾準3.8 mm 外圓並找正（zhèng），以準3.8 mm 外圓軸心線為基準銑叉形槽。最後（hòu）銑叉形接（jiē）頭扁頭 R6 mm 圓頭，完（wán）成（chéng）叉形接頭成品零件加工。

2.3 加工效果

組合鑽模的（de）使用，使叉形接頭在加工中裝夾（jiá）穩定可靠，各自由度完全約束。裝夾以叉形接頭準3.8 mm外圓柱麵作為裝（zhuāng）夾基準，與設計基準重合，保證了加工後準2.4 mm 孔的對稱度（dù）和準2 mm 孔的同軸度。

裝（zhuāng）夾中叉形接頭與組合鑽模各麵緊密貼合，裝配精度高，增強了叉形接頭的（de）產品剛（gāng）性（xìng），避免了其在加工過程中產生（shēng）的裝夾變形，使加工更加簡單易行。通過改進鑽頭刃磨，完善鑽孔工藝（yì），使鑽孔過程更加穩定，鑽頭剛性得到提升（shēng），排屑順暢，鑽頭使用壽（shòu）命得（dé）到有（yǒu）效（xiào）延長。采用上述（shù）加工技術後，叉形接頭各結構（gòu）尺寸、形位公差滿（mǎn）足使用要求，產品（pǐn）合格率（lǜ）達 100%。

3 、總結

筆者通（tōng）過設計（jì）一套組合鑽模，改進鑽頭結構，實（shí）現了小型叉形接頭的可靠裝夾，解決（jué）了叉形接頭小直徑深孔的加工難題，改善了小直徑深孔鑽削的排屑（xiè）效果，保證了產品的形位公差，取得了預期的加工效果，為同類型（xíng）小型工件加工裝夾、小（xiǎo）直徑深孔加工提供了加（jiā）工經驗。

如果在小直徑深孔加工中結合振動鑽削技術、內排屑鑽頭、噴吸鑽、槍鑽［10］等（děng）先進技術（shù），加工效果將得到進一步提升。

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