薄壁件復(fù)合開孔工裝創(chuàng)新設(shè)計(jì)
2020-2-21 來源：- 作者：周永龍，王小剛
摘 要：針對現(xiàn)有孔加工工裝“成本高、使用繁、范圍窄”的不足，明確了“分析工藝、綜合刀具、鉆銑組合”的創(chuàng)新思路，進(jìn)行工作母盤、工作刀具的設(shè)計(jì)，探索了新型薄壁件復(fù)合開孔工裝的實(shí)施方式，減少了加工成本，提高了加工效率，增加了適用類型，拓寬了應(yīng)用范圍。
關(guān)鍵詞：孔加工；開孔；薄壁件；工裝；母盤；刀具
內(nèi)孔表面是組成機(jī)械零件的重要表面之一，在零部件中，內(nèi)孔表面起到緊固連接、傳動、調(diào)節(jié)質(zhì)心分布等作用。孔的類型主要分為緊固連接孔、傳動孔、工藝孔等。其中，緊固連接孔通過各種不同尺寸的螺釘孔、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(chǎn)生相對運(yùn)動；工藝孔通過孔的形態(tài)與分布，對機(jī)械零件本身起到調(diào)節(jié)、加工的作用，如油孔、減重孔、對定孔等。
孔加工是通過切削設(shè)備或成型設(shè)備對工件進(jìn)行加工以產(chǎn)生符合要求的孔的加工過程，包括鉆孔、鉸孔、鏜孔、拉孔、沖孔等方式。在機(jī)械零件中，帶孔零件一般要占零件總數(shù)的 50%~80%，孔的種類也是多種多樣的，有圓柱形孔、圓錐形孔、螺紋形孔和成形孔等。由于孔的種類多樣、工件形式各異、加工環(huán)境不同，加工方式也不盡相同，對薄板、鈑金等薄壁件進(jìn)行開孔的常用方法是沖孔、鉆孔的方式。沖孔適用于定型薄壁金屬件的大批量生產(chǎn)，需要專用機(jī)床和模具進(jìn)行沖壓操作，不適應(yīng)于薄板的單件小批量生產(chǎn)，因此在生產(chǎn)中，對于薄壁件通常采用鉆孔加工的方式。鉆孔加工設(shè)備可以是手鉆、臺鉆、立式鉆床等，刀具一般為麻花鉆、锪孔鉆，夾具多為彈性夾頭。
1、 現(xiàn)有薄壁件開孔工裝存在的問題
圖 1 為市場現(xiàn)有薄壁件開孔工裝
其基本結(jié)構(gòu)為成組出現(xiàn)的圓盤刀具，根據(jù)開孔的規(guī)格大小，選擇不同的刀具，在夾緊和傳動方式上采用的螺紋旋合夾緊方式，其裝配相對復(fù)雜耗時，整體表現(xiàn)出“成本高、使用繁、范圍窄”的特點(diǎn) 。
由圖 1 可知，當(dāng)需要加工不同孔徑的時候，就需要有相對應(yīng)的開孔刀具，多種規(guī)格成套使用，攜帶不便，浪費(fèi)金屬材料。由于單個開孔刀具的某幾個切削齒產(chǎn)生磨損甚至折斷后，將影響到整個刀具的加工效果，因此就需要將整個刀具更換，從而造成了浪費(fèi)，提高了成本。
2） 使用繁。一是安裝繁雜。中心定位鉆的安與普通夾頭相似，在完成中心位鉆安裝后，還需要對盤刀進(jìn)行安裝，需要具有適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力。當(dāng)孔徑較大時，還需要增加扭力板以傳遞扭矩進(jìn)行切削
加工。這些都增加了安裝的難度。二是調(diào)節(jié)繁瑣。當(dāng)改變孔徑從而更換刀具的時候，需要進(jìn)行刀具的拆除，然后進(jìn)行新刀具的對中安裝。若還需要更換扭力板，則需要更進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整，以完成刀具的更換和切削。
3） 范圍窄。對于單個刀具而言，由于其為定尺寸刀具，因此不僅加工的孔徑固定，而且開孔的深度也固定。對于成組刀具而言，只能開通孔，不能加工盲孔，更不能加工異型面。
2 、薄壁件復(fù)合開孔工裝的創(chuàng)新思路
該創(chuàng)新設(shè)計(jì)目的在于提供一種打孔工裝，將刀具與夾具相結(jié)合，解決了現(xiàn)有的打孔裝置規(guī)格多、適應(yīng)性差的問題。創(chuàng)新思路的原則是“分析工藝、綜合刀具、鉆銑組合” 。
1） 分析鉆孔的基本工藝。一是單個零件的鉆孔工藝，通過單個孔的直接劃線，確定位置后進(jìn)行鉆孔；二是引鉆工藝，先鉆一個孔，以此孔為基準(zhǔn)，鉆削加工其他的孔，可以利用已有面或鉆窩進(jìn)
行異向鉆孔；三是組合鉆工藝，將兩個或多個零件用夾頭夾緊或螺釘組合后形成一體，從而進(jìn)行鉆孔加工。
2） 綜合運(yùn)用鉆孔工藝創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在分析引鉆、組合鉆等工藝的基礎(chǔ)上，以此原理為基礎(chǔ)，結(jié)合夾頭、刀具運(yùn)動方式，進(jìn)行新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理布局工裝結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是結(jié)合中心鉆和定心鉆的基本作用，進(jìn)行刀具方式新組合。其中，中心鉆主要用于鉆中心孔，也可用于麻花鉆鉆孔前預(yù)鉆定心孔；定心鉆主要用于麻花鉆鉆孔前預(yù)鉆定心孔，主要有90°和 120°兩種規(guī)格。
3） 鉆銑組合。在現(xiàn)有夾具的基礎(chǔ)上，以中心鉆的引鉆工藝為基礎(chǔ)，將市場現(xiàn)有的多齒刀具進(jìn)行分化設(shè)計(jì)，形成“中心為鉆，周向加工為銑”的加工方式。
3 、薄壁件復(fù)合開孔工裝的創(chuàng)新設(shè)計(jì)
在明確創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，確定創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)方案。該方案采用了母盤，母盤中心設(shè)有夾持頭，母盤的半徑上設(shè)有若干條空心的刀具槽道，每條刀具槽道設(shè)有若干錐形刀具柄安裝孔，刀具柄頭設(shè)有凸起，刀具柄身為錐形面能夠配合刀具柄安裝孔的形狀，刀具柄身兩側(cè)設(shè)有凸起的直柱。當(dāng)?shù)毒弑^插入刀具柄安裝孔內(nèi)時，刀具柄身的錐形面緊貼刀具柄安裝孔的錐面，刀具柄身兩側(cè)凸起的直柱置于刀具柄安裝孔旁的刀具槽道內(nèi)，凸起伸出，刀具柄安裝孔位于母盤上方，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(shè)有中心鉆。
1） 工作母盤。圖 2 為工作母盤。工作母盤為該薄壁件復(fù)合開孔工裝的基體，起到連接、支承、傳動的作用。在盤上面設(shè)置圓軸，在圓軸上端周向均布 3 個平面，作為夾持連接頭，與鉆床的三爪夾緊配合使用，對圓盤進(jìn)行夾緊，從而有效驅(qū)動整個盤面的旋轉(zhuǎn)。為了減少能耗，圓盤下端為中空結(jié)構(gòu)，盤面均布 6 個刀具長槽，各槽中分布錐度孔，方便刀具快速精準(zhǔn)定位、夾緊。每個錐度孔刻線標(biāo)示其回轉(zhuǎn)直徑，便于快速讀取數(shù)值。
圖2 工作母盤
2） 各樣刀具。
圖 3 為刀具基本結(jié)構(gòu)示例。刀柄的鍍面部分可實(shí)現(xiàn)快速定位、方便夾緊。二側(cè)矩形臺面與母盤長槽相配合，防止單個刀具自身的旋轉(zhuǎn)，從而對刀具頭部起到定位作用。刀具尾部為螺紋結(jié)構(gòu)，通過旋合螺母，扳手加力，即可螺旋鎖緊。刀具頭部根據(jù)需要設(shè)計(jì)成長柄、短柄，寬刃、異型面等類型。通過變換刀具的類型、位置，實(shí)現(xiàn)開通孔、锪孔的目標(biāo)，可加工平底、異型面。
圖 3 刀具基本結(jié)構(gòu)示例
4 、薄壁件復(fù)合開孔工裝的實(shí)施方式
該創(chuàng)新設(shè)計(jì)的具體實(shí)施方式詳細(xì)情況如下：母盤中心設(shè)有夾持頭，母盤的半徑上設(shè)有若干條空心的刀具槽道，每條刀具槽道設(shè)有若干錐形的刀具柄安裝孔，刀具的刀具柄頭設(shè)有凸起，刀具柄身為錐形面能夠配合刀具柄安裝孔的形狀，刀具柄身兩側(cè)設(shè)有凸起的直柱。當(dāng)?shù)毒弑^插入刀具柄安裝孔內(nèi)時，刀具柄身的錐形面緊貼刀具柄安裝孔的錐面，刀具柄身兩側(cè)凸起的直柱置于刀具柄安裝孔旁的刀具槽道內(nèi)，凸起伸出，刀具柄安裝孔位于母盤上方，夾緊螺母用來夾緊凸起，將刀具夾緊在母盤上。刀具的刀頭能夠根據(jù)需要設(shè)計(jì)成長刃、短刃，寬刃、異型面刃等類型。通過變換刀具的類型、位置，實(shí)現(xiàn)開通孔、锪孔的目標(biāo)，可加工平底、異型面。刀具柄安裝孔在刀具槽道中分布，方便刀具快速精準(zhǔn)定位、夾緊。母盤中心底部還設(shè)有中心鉆，中心鉆起到中心定位作用，方便母盤的固定和取出。
圖 4 薄壁件復(fù)合開孔工裝整體裝配示意圖
圖 5 為刀具定位示意圖
5 、結(jié)束語
通過該薄壁件復(fù)合開孔工裝的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，特別是工作母盤的作用，減少了成組刀具的材料應(yīng)用，從而降低了成本，通過多種錐面、臺面的組合，實(shí)現(xiàn)快速定位與夾緊，從而減少了換刀的強(qiáng)度和技術(shù)要求，容易操作。通過刀具的類型選擇、母盤安裝位置的變化，現(xiàn)實(shí)了多樣孔的加工。
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