自动钻孔连机零件夹具的设计研究

　　摘要：本文针对有内孔回转体工件大批量加工问题，进行了科学的分析，在保证质量的前提下，为使加工工序集中、降低加工成本和提高生产效率，设计并制作了在数控车床上用于自动钻孔的夹具，装上莫氏锥柄的钻头或者莫氏锥柄的钻夹头（钻夹头上装有直柄的钻头），可以实现自动钻削加工，具有积极地工作实效和研究价值。
　　关键词：钻孔；大批量；工序集中；自动钻孔
　　1引言
　　通常在加工单件或小批量有内孔的回转体工件时，可以直接在车床尾座上安装钻头进行钻孔。但在大批量生产中，用上述的方法钻孔费时费力，如果选择在钻床上单独钻孔（即工序分散），会导致工序增多，成本增加。现在有的机床厂生产了可以直接在刀架上装夹钻头的数控车床，但我们现有的数控车床的刀架上没有设计这种装置。为了实现在现有的数控车床上自动钻孔，笔者以多年的工作经验，设计并制作了一副装在数控车床塔式刀架上自动钻孔的夹具。在夹具上安装具有莫氏锥柄的钻头或者具有莫氏锥柄的钻夹头（钻夹头上装有直柄的钻头），通过程序控制钻头，可实现自动钻削加工（如图1所示）。
　　2自动钻孔夹具的设计
　　在数控车床的刀架上装上车刀后，可以通过数控系统里的加工程序控制车刀的运动轨迹，加工出外圆、槽和螺纹等等。同理，我们可以把钻头装在刀架上，通过加工程序控制钻头的运动进行钻孔。但是钻头的装夹部分有直柄和锥柄，这两种柄部都不能直接装在塔式刀架上，为此，我们设计了如图2所示的自动钻孔夹具。该夹具为带有莫氏锥孔和凸出边缘的方块。厚度为20mm、宽度为22mm的凸出边缘为装夹部分，A面与B面分别为定位面。莫氏3号锥孔是用来安装有莫氏3号锥柄的钻头和莫氏3号锥柄的钻夹头，在10mm的槽中装入10mm平键后，平键可以顶住莫氏锥柄的扁尾平面，限制其自身的旋转。夹具体材料为45钢，并进行调质处理，硬度为HBS280左右，其目的是为了保证夹具体有足够的强度和硬度，经多次使用后仍有较高的尺寸精度和形位精度。自动钻孔夹具、麻花钻和刀座的安装方式如图3所示，把自动钻夹具的A面贴着数控车床刀架夹位的水平面，B面贴着数控车床刀架夹位的垂直面，用螺钉压紧。钻头装入自动钻孔夹具的莫氏锥孔中，对刀，就可以利用加工程序控制钻头进行自动钻孔（如图1所示）。
　　3自动钻孔夹具的制作
　　3.1工艺分析
　　自动钻孔夹具的外部形状可以在铣床上加工。莫氏3号锥孔的加工要解决两个技术问题：一是在制作过程中怎样保证自动钻孔夹具的锥孔与数控车床主轴同轴；二是在下次使用时怎样保证自动钻孔夹具的锥孔与数控车床主轴同轴。
　　3.2锥孔的加工方案
　　在制作过程中为了保证自动钻孔夹具的锥孔与数控车床主轴的同轴，制定了如下3种加工方案：（1）锥孔在铣床上加工。首先，自动钻孔夹具在铣床上的装夹要求，用精密虎钳夹A面和与A面相对的面，找正A面与铣床XZ平面的平行，同时找正B面与铣床YZ平面的平行，都平行后夹紧，夹紧后再检测是否满足要求。其次，要精确测量出数控车床主轴轴心线到塔式刀架夹位水平面的距离，也就得到自动钻孔夹具莫氏锥孔的轴心线到A面的距离。并通过对刀使铣床主轴轴心线与自动钻孔夹具莫氏锥孔的轴心线重合。加工工序为：（a）用准21的麻花钻钻穿；（b）用准22的麻花钻钻55mm深（以麻花钻韧带上的棱边为基准）；（c）用准23的麻花钻钻30mm深（以麻花钻韧带上的棱边为基准）；（d）用莫氏3号锥铰刀铰出莫氏3号锥孔；（e）把莫氏3号钻套放入自动钻孔夹具的锥孔中，用红笔画出键槽的位置，在铣床上加工出键槽，放上键，制作完成。
　　（2）在数控车床上用四爪卡盘夹住夹具体加工锥孔。首先，要精确测量出数控车床主轴轴心线到塔式刀架夹位水平面的距离，也就得到自动钻孔夹具莫氏锥孔轴心线到A面的距离。其次，用四爪卡盘夹住自动钻孔夹具，找正自动钻孔夹具锥孔轴心线与数控车床主轴轴心线的重合。加工工序为：（a）用准21的麻花钻钻穿；（b）用镗刀镗出莫氏3号锥孔；（c）把莫氏3号钻套放入自动钻孔夹具的锥孔中，用红笔画出键槽的位置，在铣床上加工出键槽，放上键，制作完成。
　　（3）将自动钻孔夹具装在数控车床的刀架上（如图3所示），主轴装上麻花钻和铰刀进行锥孔加工。首先，将自动钻孔夹具装在数控车床的刀架上，使A面和与B面分别与数控车床刀架夹位水平面和垂直面紧贴（如图3所示）。并在自动钻孔夹具的加工面上用红笔画出锥孔孔心的水平位置。其次，把尾座套筒取下，用三爪卡盘夹紧，装上麻花钻，将钻尖对准红线，将数控车床的X轴坐标清零。加工工序为：（a）用准21的麻花钻钻穿；（b）用准22的麻花钻钻55mm深（以麻花钻韧带上的棱边为基准）；（c）用准23的麻花钻钻30mm深（以麻花钻韧带上的棱边为基准）；（d）铰孔，将图4所示的辅助件用数控车床的三爪卡盘夹住，将图5所示的辅助件用钻夹头夹好放进尾座，把鸡心夹头装在莫氏3号锥铰刀的尾部，将莫氏3号锥铰刀尾部中心孔靠上主轴顶尖，分别移动刀架和尾座，使莫氏3号锥铰刀前段中心孔靠上尾座顶尖，并且自动钻夹具不能碰到莫氏3号锥铰刀。将数控车床主轴的转速设定为60r/min，手摇脉冲设为0.001mm，转动主轴，用手摇脉冲移动Z轴，铰出合适的孔。最后把莫氏3号钻套放入自动钻孔夹具的锥孔中，用红笔画出键槽的位置，在铣床上加工出键槽，放上键，制作完成。
　　对比以上3种加工方法，用第3种方法加工是最好的。因为第3种方法不需要精确测量主轴的轴心线到数控车床刀架夹位水平面的距离，也不需要精确找正自动钻孔夹具莫氏锥孔的轴心线与数控车床主轴的轴心线是否重合。在加工过程中自然得到所需要的精度，且不容易出差错。
　　3.3在下次使用时怎样保证自动钻孔夹具的锥孔与数控车床主轴同轴
　　对于这个问题的解决方案是：在哪台数控车床上哪个刀位做的自动钻孔夹具，就只装在哪台数控车床上的哪个刀位上。为了对刀方便，要制作如图6所示的辅助件，把它装入锥孔中，把杠杆百分表用数控车床主轴的卡盘夹住，并转动主轴找百分表到准24圆棒的一边百分表指示最大值的位置时，移动数控车床的X轴使百分表的指针为零，并使数控车床X轴的坐标值清零，用同样的方法找准24圆棒的另一边百分表的指针为零时，此时数控车床显示X轴坐标值为a，将数控车床的X轴移到X轴坐标值为a/2处，此时自动钻孔夹具莫氏锥孔的轴心线与数控车床主轴的轴心线重合。
　　4结语
　　在塔式刀架类的数控车床上用这副夹具，实现了自动钻孔，钻孔快且准，钻完孔可以直接进行下一步车削加工。从而减少操作者的劳动强度和降低对操作者的技术要求，且工件的质量好、加工效率高和成本低。
　　［参考文献］
　　［1］陈宏均，马素敏.车工操作技能手册［M］.北京:机械工业出版社，2004.
　　［2］刘杰华，任昭蓉.金属切削与刀具实用技术［M］.北京:国防工业出版社，2006.

《自动钻孔连机零件夹具的设计研究》

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