金属切削钻斜孔加工的夹具设计
作者 :  杨寅香

  摘要:机床夹具是机械加工中一项重要的工艺设备,金属加工夹具设计的好坏,直接影响其加工机械零件的质量,如果工件的加工质量受到影响,就会影响工件的经济效益、可靠性等,所以在工件加工中要先保证金属加工夹具的设计质量。文章根据金属切削钻斜孔加工的夹具设计、金属加工夹具的设计等相关的内容进行研究分析。
  关键词:金属加工夹具;斜孔加工;加工夹具设计
  中图分类号:TG75 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2013)35-0018-03
  在工件加工中必不可少的一项工艺设备就是加工夹具,加工夹具的设计质量会影响到工件加工质量、经济效益、可靠性、使用性等,为了保证工件的加工质量,就要对加工夹具的设计进行严格的控制,本文针对金属切削钻斜孔加工的夹具设计相关的内容进行研究分析。
  1 金属加工夹具概述
  在机械加工中有很多夹具,这些加工夹具的使用范围繁多,例如焊接夹具、装备夹具、检验夹具等,在机械工件加工过程中,为了保证加工工件的精度以及工件在机床、刀具等上面有准确的位置,并且可以快速地进行加工,使工件加工的质量和可靠性得到提升,接受或者进行工件加工的夹具,就是机械加工夹具。
  工件加工夹具的主要作用就是对加工工件进行定位、加紧、加工,其中对工件进行定位,是保证工件在夹具上有正确的加工位置,可以保证工件加工达到各项工序所规定的技术要求。在将工件在夹具上定位以后,要通过加紧装置,向工件施加力,将工件在夹具上进行固定,保证工件在加工过程中在夹具上的位置不变。在工件的定位、加紧、加工整个过程中都包含工件的安装,所以在安装过程中要保证工件在夹具上正确的加工位置。夹具可以轻松地将加工工件进行固定,并保证加工精度,将工件加工的速度进行提升,降低工件加工的成本,将工人的劳动条件进行改善。
  夹具分为不同的种类,有通用性也有专用性。通用性夹具可以根据加工工件进行调整和更换,适应加工工件。专用性夹具是针对某一种工件的加工要求而专门设计的
  夹具。
  2 当前切削钻斜孔加工出现的问题
  在机械加工中加工夹具起着重要的作用,在机械加工处理中占有重要的地位。我们从加工夹具中的金属切削钻斜孔加工的夹具设计进行研究分析。斜孔有两种情况:第一种是在斜面上进行钻孔,第二种是在平面上钻斜孔。这两种平面斜孔的孔中心和钻孔面不垂直,在没有一定的保证下,斜面钻孔就会有很大的困难。当前在斜孔加工中存在的主要问题有:(1)钻头在接触工件时是单面受力,在钻头切削刃上的力会将钻头推向一边,导致钻头偏斜、滑动等,进而无法进入到工件中。(2)钻孔的位置很容易和工件钻孔要求的位置发生偏离,工件上钻出的孔达不到规定的要求。(3)孔口会被挂烂,将孔端面的平整度进行破坏。(4)在钻孔的过程中钻头很容易发生崩刃、折断等情况。
  钻斜孔经常采用的方法有三种:第一,将钻头的回转中心和工件钻孔中心进行校正。第二,在保证工件位置不变的条件下,使用校冲法在钻孔中心再打出一个较大的中心眼。第三,在钻孔位置上錾子錾出一个定心窝(保证钻头在进行钻孔时,切削刃不会受到斜面的影响发生偏移),然后再进行钻孔。但是这几种方法在工件加工中严重地影响工件批量加工生产,而且加工的工件一致性较差。为了保证加工工件的可靠性,需要在机床上合理地进行加工夹具的设计,将工件的加工生产方式进行改变,提高工件加工效率以及工件的加工质量。
  切削加工夹具设计中遇到的问题主要体现在加工夹具工艺的设计过程中,加工夹具的设计制造是金属零件加工质量的前提保证,将加工夹具设计中出现的问题找出,并将其解决是保证金属零件加工质量的前提条件。在切削加工夹具设计中需要从加工方法的选择、进给阶段的划分、加工工序的安排以及加工工序的组合等方面进行考虑。
  金属切削加工夹具的设计,需要遵守一定的加工原则,只有在一定的原则基础上金属切削加工夹具的设计才可以保证其加工质量和加工效果。金属切削加工夹具设计方法选择是其设计的初级阶段,所以需要在一定的加工设计原则上进行。金属切削加工夹具的加工方法,需要和实际情况进行结合,要充分地考虑到资源的最大化利用,金属加工夹具的设计需要符合节能减排的理念,并且保证金属加工夹具的设计质量和精度。金属切削加工夹具的设计需要根据其加工工件的需求,以零件材料的选择以及金属切削加工夹具的相适应性为其设计的基础标准,保证在机械加工中,充分地发挥加工夹具的功能。
  3 金属斜孔加工夹具的设计
  斜孔加工夹具分为两种:一种是斜面上钻孔夹具,另一种是平面上钻斜孔夹具。
  3.1 斜面上钻孔夹具设计
  3.1.1 常规斜面斜孔加工夹具设计:我们以图1零件为例,设计斜面加工夹具。
  图1 零件图例
  首先对该零件进行分析,将零件的斜角大小进行确定,其斜面上有5个孔径一样的孔,孔的中心线和斜面垂直。原加工方式:采用钻床夹具,在分度头上安装适量的夹头,将工件加紧,每加紧一个产品钻一个孔后,需要将分度头进行旋转,然后再进行下一个孔的加工,一次钻孔没有办法达到要求,需要在钻孔完成后,再进行铰孔,才可以完成钻孔要求。
  根据零件的加工中心特点,设计多工位夹具,可以可一次性地安装多个零件(例如8个),在同一位置的钻孔完成以后,再进行下一个位置孔的加工,这样可以满足工件批量加工的要求以及工件加工的一致性。
  其次是零件的安全和定位,根据该零件的特点,进行单个零件的安装可以采用筒夹装夹,进而实现零件的批量生产,筒夹可以和旋转轴一起进行旋转运动,满足对每个孔径的要求。其中零件是安装在轴套中的,使用筒夹将其加紧,将零件和轴套安装完成后,再安装在底板上,并且保证底板上安装的有耐磨轴套使其和旋转轴进行配合,旋转定位盘一同进行旋转,通过定位销和定位盘孔之间的联接,进而实现对不同位置的孔的加工要求。   最后是加工夹具的总体设计。加工夹具的底板上安装8个装夹,所以可以安装8个零件,进而实现零件的批量加工,零件通过筒夹装夹安装在轴套中,可以保证零件的稳定,将安装完成的轴套零件组合,安装到底板上。
  进行零件加工时,将底板和底座之间的夹角进行调整,使其满足零件的夹角大小。底板和底座之间的夹角大小,可以通过插销进行调整,满足不同零件的要求。零件加工的位置要和工作台保证平行,然后对零件上相同位置的孔进行加工,在进行下一个孔加工时,将凸轮旋转松开,进行旋转轴的转动调整,使零件转动到下一个孔的加工位置,然后将凸轮固定加紧,进行该旋转位置上的孔
  加工。
  3.1.2 复杂斜面斜孔加工夹具设计:
  根据该复杂零件进行加工夹具设计:设计原理,零件A基准面和斜面斜孔精加工时,因为其某些特征的空间尺寸无法直接进行测量,在零件加工的过程中无法确定是否满足其设计要求,为了将这个问题解决,根据零件的特殊性质设计一种复杂零件专用加工夹具。
  加工夹具定位精度的高低直接影响着零件的加工质量,又因为复杂零件的特殊结构特性,对加工夹具的定位误差进行分析非常有必要,一般零件的误差是由加工夹具的精度、安装误差以及定位误差三部分组成,这三部分对零件的定位误差产生的影响是等同的。复杂零件的定位误差主要由定位基准和基准设计的的重合程度以及工件定位面和定位基准面之间的误差这两方面决定,因为各项误差的产生,所以加工夹具的设计精度、加工精度都必须有严格的要求。
  加工夹具的设计精度影响复杂零件的加工精度,零件的材料也会对其制造精度产生一定的影响,为了保证加工夹具的设计要求和制作精度,所以需要选用耐磨性、淬透性相对较高的金属材料。金属加工夹具的制作过程为下
  料→铣六面→粗磨→CNC加工沉头螺纹孔→热处理→精磨→加工夹具外轮廓等。
  专业加工夹具的使用,在其进行加工使用过程中使用到的四轴卧式加工中心,可以在水平方向上围绕工作台进行Y轴旋转。在进行精加工复杂零件A基准面和斜面斜孔时,将零件的B基准面在加工夹具上进行定位,零件的放置,使用5个压板将复杂工件加紧,进而完成复杂工件在加工夹具中的装夹。
  在进行零件加工过程中加工夹具工作台发出工作指令,进行不同角度的旋转对复杂零件上的孔进行加工,在对复杂零件上的孔进行加工的过程中要注意,控制零件的表面粗糙度和零件定位差。在进行斜孔加工时,要注意斜孔孔径的大小以及斜孔表面的粗糙度。
  3.2 平面上钻斜孔夹具设计
  在平面上钻斜孔可以分为两种情况:一种是将孔沿着基准面进行倾斜,加工方式和上述加工方式相同;另一种是使孔的倾斜中心线和基准面之间保持一定的角度,这种钻孔的难度非常大,需要使用夹具来作为基础保证。
  夹具在安装时,平面需要保持水平,这样工件只需要向一个方向进行转动就可以安全地进入到夹具中,在工件安装完成后通气,夹具的气缸活塞杆需要向后进行收缩,将定位板进行旋转,旋转到固定的角度后,如果气缸中还存在收缩余量,就将定位板进行施力加紧,然后进行工件的加工。工件完成加工以后,使气缸伸出,将安装板顶平,将完成加工后的工件吊出。
  工件在安装的过程中,需要对孔和垂直方向的夹角进行限定,安装完成之后,保证角度面和工件定位板的旋转方向一致。在工件加工时,工件定位板在气缸的作用下,会向下旋转45°,使加工工件的孔和加工夹具的主轴呈现平行的状态,然后进行工件的加工。
  通过使用夹具保证工件的加工精度以及批量生产的要求,使得工件加工成为一件简单、直接的工作,将工件加工的安全性提升,保证了工件的加工质量。
  不同的金属加工夹具有不同的设计要求,根据加工工件的需求进行加工夹具的设计,并保证加工夹具设计的合理性以及准确性,有一定程度上的精度要求,可以实现不同工件的加工精度要求、工件的批量加工以及工件加工的一致性。当前我国加工夹具设计中存在一些问题,这些问题不仅影响到加工夹具的设计和制造,同时对要加工的零件精度、尺寸等也会产生不同的作用,影响加工零件的加工质量,当前针对不同的零件有不同的加工夹具,为了保证加工零件的加工精度和加工质量,需要在加工夹具的设计过程中遵守加工夹具设计原则,并和加工零件的需求进行结合,将设计、加工中出现的较大偏差、误差等进行减小,实现加工零件的精加工。
  4 结语
  在我们生活中会遇到各种各样的机械,机械是由不同的机械零件组成的,机械零件的精度决定机械的使用安全性,而零件的精度是由其加工夹具决定的。金属加工夹具的设计,影响零件的加工精度和加工质量,为了保证零件的加工精度和加工质量,需要对其加工夹具进行合理的设计,使其可以保证零件的加工精度以及实现零件的批量加工生产。
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  作者简介:杨寅香(1961―),男,湖北黄石人,黄石新兴管业有限公司制造工程师,研究方向:机械制造。

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