孔加工常用工艺装备（4）

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（二）钻夹具设计要点 　　1.钻模类型的选择 　　钻模类型很多，在设计钻模时，首先要根据工件的形状、尺寸、重量和加工要求，并考虑生产批量、工厂工艺装备的技术状况等具体条件，选择钻模类型和结构。在选型时要注意以下几点： 　　（1）工件被加工孔径大于10mm时，钻模应固定在工作台上（特别是钢件）。因此其夹具体上应有专供夹压用的凸缘或凸台。 　　（2）当工件上加工的孔处在同一回转半径，且夹具的总重量超过100N时，应采用具有分度装置的回转钻模，如能与通用回转台配合使用则更好。 　　（3）当在一般的中型工件某一平面上加工若干个任意分布的平行孔系时，宜采用固定式钻模在摇臂钻床上加工。大型工件则可采用盖板式钻模在摇臂钻床上加工。如生产批量较大，则可在立式钻床或组合机床上采用多轴传动头加工。

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　　（4）对于孔的垂直度允差大于0.1mm和孔距位置允差大于±0.15mm的中小型工件，宜优先采用滑柱式钻模，以缩短夹具的设计制造周期。

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　　2.钻套类型的选择和设计

　　钻套和钻模板是钻夹具上的特殊元件。钻套装配在钻模板或夹具体上，其作用是确定被加工孔的位置和引导刀具加工。

　　（1）钻套的类型

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　　根据钻套的结构和使用特点，主要有四种类型。

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　　①固定钻套

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　　图7-56所示为固定钻套的两种形式（图a为无肩，图b为带肩），该类钻套外圆以H7/n6或H7/r6配合，直接压入钻模板上的钻套底孔内。在使用过程中若不需要更换钻套（据经验统计，钻套一般可使用1000~12000次），则用固定钻套较为经济，钻孔的位置精度也较高。

　　②可换钻套

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　　当生产批量较大，需要更换磨损的钻套时，则用可换钻套较为方便，如图7-57所示。可换钻套装在衬套中，衬套是以H7/n6或H7/r6的配合直接压入钻模板的底孔内，钻套外圆与衬套内孔之间常采用F7/m6或F7/k6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉还能防止加工时钻套转动或退刀时钻套随刀具拔出。

　　

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　　③快换钻套

　　当被加工孔需依次进行钻、扩、铰时，由于刀具直径逐渐增大，应使用外径相同而内径不同的钻套来引导刀具，这时使用快换钻套可减少更换钻套的时间，如图7-58所示。快换钻套的有关配合与可换钻套的相同。更换钻套时，将钻套的削边处转至螺钉处，即可取出钻套。钻套的削边方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。

　　以上三类钻套已标准化，其结构参数、材料和热处理方法等，可查阅有关手册。

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　　④特殊钻套

　　由于工件形状或被加工孔位置的特殊性，有时需要设计特殊结构的钻套，如图7-59所示。

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　　在斜面上钻孔时，应采用图7-59a所示的钻套，钻套应尽量接近加工表面，并使之与加工表面的形状相吻合。如果钻套较长，可将钻套孔上部的直径加大（一般取0.1mm），以减少导向长度。

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　　在凹坑内钻孔时，常用图7-59b所示的加长钻套（H为钻套导向长度）。图7-59c、d为钻两个距离很近的孔时所设计的非标准钻套。

 

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　　（2）钻套内孔的基本尺寸及公差配合的选择

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　　①钻套内孔

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　　钻套内孔（又称导向孔）直径的基本尺寸应为所用刀具的最大极限尺寸，并采用基轴制间隙配合。钻孔或扩孔时其公差取F7或F8，粗铰时取G7，精铰时取G6。若钻套引导的是刀具的导柱部分，则可按基孔制的相应配合选取，如H7/f7、H7/g6或H6/g5等。

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　　②导向长度H

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　　如图7-60所示，钻套的导向长度H对刀具的导向作用影响很大，H较大时，刀具在钻套内不易产生偏斜，但会加快刀具与钻套的磨损；H过小时，则钻孔时导向性不好。通常取导向长度H与其孔径之比为：H/d=1~2.5。当加工精度要求较高或加工的孔径较小时，由于所用的钻头刚性较差，则H/d值可取大些，如钻孔直径d<5mm时，应取H/d≥2.5；如加工两孔的距离公差为±0.05mm时，可取H/d=2.5~3.5。

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　　③排屑间隙h

　　如图7-61所示，排屑间隙h是指钻套底部与工件表面之间的空间。如果h太小，则切屑排出困难，会损伤加工表面，甚至还可能折断钻头。如果h太大，则会使钻头的偏斜增大，影响被加工孔的位置精度。一般加工铸铁件时，h=(0.3~0.7)d；加工钢件时， h=(0.7~1.5)d；式中d为所用钻头的直径。对于位置精度要求很高的孔或在斜面上钻孔时，可将h值取得尽量小些，甚至可以取为零。

　　3.钻模板的类型和设计

　　（1）钻模板的类型

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　　钻模板通常是装配在夹具体或支架上，或与夹具体上的其它元件相连接，常见的有以下几种类型：

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　　①固定式钻模板

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　　如图7-62a所示，这种钻模板是直接固定在夹具体上的，故钻套相对于夹具体也是固定的，钻孔精度较高。但是这种结构对某些工件而言，装拆不太方便。该钻模板与夹具体多采用圆锥销定位、螺钉紧固的结构。对于简单钻模也可采用整体铸造或焊接结构。

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　　②分离式钻模板

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　　如图7-62b所示，这种钻模板与夹具体是分离的，并成为一个独立部分，且模板对工作要确定定位要求。工件在夹具体中每装卸一次，钻模板也要装卸一次。该钻模板钻孔精度较高，但装卸工件的时间较长，因而效率较低。

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　　③铰链式钻模板

　　如图7-62c所示，这种钻模板是通过铰链与夹具体或固定支架连接在一起的，钻模板可绕铰链轴翻转。铰链轴和钻模板上相应孔的配合为基轴制间隙配合(G7/h6)，铰链轴和支座孔的配合为基轴制过盈配合(N7/h6)，钻模板和支座两侧面间的配合则按基孔制间隙配合(H7/g6)。当钻孔的位置精度要求较高时，应予配制，并将钻模板与支座侧面间的配合间隙控制在0.01~0.02mm之内。同时还要注意使钻模板工作时处于正确位置。图7-63所示是为保证这一要求的几种常用结构，设计时可根据情况选用。

　　这种钻模板常采用蝶形螺母锁紧，装卸工件比较方便，对于钻孔后还需要进行锪平面、攻丝等工步尤为适宜。但该钻模板可达到的位置精度较低，结构也较复杂。

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　　④悬挂式钻模板

　　如图7-62d所示，这种钻模板是悬挂在机床主轴或主轴箱上，随主轴的往复移动而靠紧工件或离开，它多与组合机床或多头传动轴联合使用。图中钻模板4由锥端紧定螺钉将其固定在导柱2上，导柱2的上部伸入多轴传动头6的座架孔中，从而将钻模板4悬挂起来；导柱2的下部则伸入夹具体1的导孔中，使钻模板4准确定位。当多轴传动头6向下移动进行加工时，依靠弹簧5压缩时产生的压力使钻模板4向下靠紧工件。加工完毕后，多轴传动头上升继而退出钻头，并提起钻模板恢复至原始位置。

　　（2）钻模板的设计要点

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　　在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易，并注意以下几点：

　　① 在保证钻模板有足够刚度的前提下，要尽量减轻其重量。在生产中，钻模板的厚度往往按钻套的高度来确定，一般在10~30mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚。此外，钻模板一般不宜承受夹紧力。

　　② 钻模板上安装钻套的底孔与定位元件间的位置精度直接影响工件孔的位置精度，因此至关重要。在上述各钻模板结构中，以固定式钻模板钻套底孔的位置精度最高，而以悬挂式钻模板钻套底孔的位置精度为最低。

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　　③ 焊接结构的钻模板往往因焊接内应力不能彻底消除，而不易保持精度。一般当工件孔距大于±0.1mm时方可采用。若孔距公差小于±0.05mm时，应采用装配式钻模板。

　　④要保证加工过程的稳定性。如用悬挂式钻模板，则其导柱上的弹簧力必须足够大，以使钻模板在夹具体上能维持所需的定位压力；当钻模板本身的重量超过800N时，导柱上可不装弹簧；为保证钻模板移动平稳和工作可靠，当钻模板处于原始位置时，装在导柱上经过预压的弹簧长度一般不应小于工作行程的3倍，其预压力不小于150N。

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　　（三）几种典型钻床夹具的结构分析

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　　1.钻铰支架孔钻模

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　　图7－64所示为支架工序图。Φ20H9孔的下端面和Φ24 mm短圆柱面均已加工，本工序要求钻铰Φ20H9孔，并要求保证该孔轴线到下端面的距离为25±0.05mm。

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　　图7－65所示为在立式钻床上钻铰支架上Φ20H9孔的钻模。工件以Φ20H9孔的下端面、Φ24 mm短圆柱面和R24mm外圆弧面为定位基准，通过夹具上定位套1的孔、定位套的端面和一个摆动V形块2实现六点定位。为了装卸工件方便，采用铰链式压板4和摆动V形块2夹紧工件。该夹具定位结构简单，装卸工件方便，夹紧可靠。

　　上一章已指出机床夹具总图中应正确标注出影响定位误差、安装误差和调整误差的有关尺寸和技术要求。该夹具的上述尺寸和技术要求的分析如下：

　　定位副的制造误差应是影响定位误差的因素,因此在夹具总图上应标注出定位元件的精度和技术要求，如定位套孔径Φ24 mm，定位套与夹具体配合尺寸Φ35H7/n6。

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　　定位元件工作表面与机床连接面之间的技术要求是影响安装误差的因素，而该钻夹具与机床的连接面是夹具体底面A，因此定位元件工件表面与夹具体底面的技术要求应标出，如衬套端面对夹具体底面A的垂直度0.02mm。定位元件工作面与刀具位置之间的技术要求是影响调整误差的因素，对钻夹具而言，钻套轴线的位置即为孔加工刀具的位置，因此钻套轴线与定位元件工作面之间应标出必要的技术要求。如钻套轴线与夹具体底面A的垂直度0.02mm，钻套轴线与定位套端面的距离尺寸精度25±0.015mm，钻套内径的尺寸公差Φ20F7，钻套与衬套之间、衬套与钻模板之间的配合精度Φ26F7/m6、Φ32H7/n6等。钻夹具的调整误差也称导向误差。

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　　此外还应标注出一些其他装配尺寸，如销子3与V形块2、与压板4之间的配合尺寸Φ10G7/h6、Φ10N7/h6等。

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　　2.铰链模板固定式钻模

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　　图7－66所示为在拨叉45上加工直径Φ8.4mm的M10底孔的工序图和在立式钻床上完成以上工序的钻模总图。

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　　工件以圆孔Φ15.81F8、叉口51 mm及槽14. 2mm作为定位基准，通过夹具上的定位轴6、扁销1及偏心轮8上的对称楔块等定位元件实现六点定位，且符合基准重合原则。由于钻孔后需要攻丝，并且考虑使工件装拆方便，故该钻模采用了可翻开的铰链式钻模板。

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　　夹紧时，通过手柄顺时针转动偏心轮8，偏心轮上的对称楔块插入工件槽内，在定位的同时将工件夹紧。由于钻削力不大，故工作时比较可靠。

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　　钻模板4用销轴3采用基轴制装在模板座7上，翻下时与支承钉5接触，以保证钻套的位置精度，并用紧定螺钉2锁紧。

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　　该夹具对工件的定位考虑合理，且采用偏心轮使工件既定位又夹紧，简化了夹具的结构。

　　对该夹具所标注的技术要求分析如下：

　　影响工件定位误差的技术要求有：定位轴直径及公差Φ15.81h6，扁销直径及公差Φ51g6、扁销轴线的位置度等。

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　　影响安装误差的技术要求有：定位轴轴线与安装基面C的平行度。

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　　影响导向误差的技术要求有：钻套中心线与夹紧偏心轮对称面的距离尺寸3.1±0.03mm，夹紧偏心轮与底座的配合公差15H7/h6，钻套中心与基准B的位置度；另外对于铰链钻模板夹具，铰链钻模板与铰链座的配合精度Φ12G7/h6和40H7/f6也影响导向误差。

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此外还应标注出一些其他装配尺寸，请读者自行分析。