通用钻孔夹具设计

设计与制造　・机械研究与应用・　通用钻孑Ｌ夹具设计　侯红叶　，刘建强　（１．北京矿冶研究总院，北京１０００７０；２．同方威视技术股份有限公司，北京１０００８４）　摘要：通过对盘状类零件的钻孔加工进行分析，设计出通用钻孔夹具，通过对夹具精度分析，证实了应用夹具钻孔，　能够满足精度要求，使得该夹具既能固定，又能旋转，而且操作方便，适合不同直径盘状类零件的使用，并使钻　孔质量得到保证，使零件具有互换性。　　’关键词：钻床；盘状类零件；通用夹具；钻孔精度　中图分类号：ＴＨ１３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—４４１４（２０１１）０６—０１０９—０３　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｊｉｇ　Ｈｏｕ　Ｈｏｎｇ－ｙｅ　，Ｌｉｕ　Ｊｉａｎ－ｑｉａｎｇ　（＆　ｎｇ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００７０，Ｃｈｉｎａ；　２．ＮＵＣＴＥＣＨ　ｃｏｍｐａｎｙｌｉｍｉｔｅｄ，Ｂｅ￣ｉｆｎｇ　１０００８４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ｔｏ　ｄｒｉｌｌ　ｊｏｉｎｉｎｇ　ｈｏｌｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｌａｎｇｅ　ｐａｎｓ，ａ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｊｉｇ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｌｎａｇｅ　ｐａｒｔｓ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｊｉｇ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｉｓ　ｅｖａｌｕａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｅｓｔｉｆｙ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｎｇ　ｒｅｑｕｉｒｅｄ　ｂｙ　ｄｒｉｌｌ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｊｉｇ．Ｉｔ　Ｃａｎ　ｂｏｔｈ　ｉｆｘｅｄ　ａｎｄ　ｒｏｔａｔｅ，ａｎｄ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｆｌａｎｇｅ　ｐａｒｔｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｉａｍｅｔｅｒｓ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｋｅｅｐｓ　ｔｈｅ　ｄｒｉｌｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ　ａｎｄ　ｍａｋｅｓ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｓ　ｆｒｅｅｌｙ　ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅａｂｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｒｉｌ；ｌｆａｎｇｅ　ｐａｒｔｓ；ｇｅｎｅｒｌａ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｊｉｇ；ｄｒｉｌｌ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　１　引　言　法，如图２所示　¨。　法兰、端盖等盘状类零件是机加工行业中常见零　件，某公司生产的选矿设备中应用也较多，并多用螺　栓联接，该公司每年生产的法兰、端盖类零件上千件，　形状和规格多种多样（如图１所示），材质多为钢件　或铸件类。此类零件多为外露件，要求外形美观，同　时要求使用时具有互换性，即要求各零件的螺栓孔位　图２常规装卡方法　置要精确。这些孔需用普通立式摇臂钻床加工，由于　各零件形状大小各异，并且批量不大，所以无统一的　为提高加工效率，保证加工精度，需要一种能够　钻孑Ｌ夹具能胜任大部分零件的定位、夹紧工作。　实现对大部分盘状类零件的定位和夹紧，快速对圆周　掰—叶—仞　孔进行分度、钻孑Ｌ，省去划线、对刀、频繁更换夹具等　宓　啤中　繁琐工作的夹具。　图１盘状零件简图　３通用钻孑Ｌ夹具的设计、结构与使用　３．Ｉ通用钻孔夹具的设计原则　２传统的孔加工　通过对盘状类零件结构特点进行分析，可以发现　传统的孔加工方法为：车削毛坯成型一平台找正　这类零件的几何形状和安装夹紧形式有相似之处：如　一划线一冲眼一钻床装夹一对刀一钻孔，这种方法适合单　外形多为回转盘件，安装多以中心孔或止口、端面定　孔加工，生产效率低，且钻孔前必须经过划线工序。　位，且上述各位钻孔前均已加工，各孑Ｌ沿圆周分布，各　由于盘状类零件均有中心孔，不好找中心点，因此划　零件仅是分圆直径、孔个数和大小等参数不同。根据　线工作相当复杂，若零件数量不多且需更换零件，则　这些特点，笔者以零件已加工好的中　Ｉ￣ｑＬ，或止口、端　需频繁划线、更换夹具等，极大降低了生产效率。　面定位，设计出能够适用多种分圆直径、孔数的通用　在孔的加工过程中，光靠操作者眼力对刀，误差　钻孔夹具，主体结构如图３所示。零件的中心孑Ｌ、止　较大，容易造成分度不精确，无法互换。常规装卡方　Ｍ及端面位置是零件的设计、加工和装配基准，设计　・项　目：“十一五”国家科技支撑计划重点项目（２００６ＢＡＢＩ１Ｂ０８）　收稿日期：２０１１—１０－１３　作者简介：侯红叶（１９７９一），女，河北永年人，工程师，主要从事选矿设备设计与制造方面的工作。　・１０９・　设计与制造　・机械研究与应用・　以这些位置为定位基准，符合基准统一原则，确保各　孔与中心孔的同心度和端面的垂直度要求。　１．底座２．轴承３．基座４．三爪卡盘５．开槽压板部件　６．工件７．垫板８．夹紧装置９．工作台　图３通用钻孔夹具结构简图　３．２通用钻孔夹具的主体结构　通用钻孔夹具主要包括底座、基座、三爪卡盘、开　槽压板部件、夹紧装置、垫板等几部分。　（１）底座夹具中的基础元件，其底面加工精度　要求较高，作为基准面与钻床工作台面紧密结合，并　用螺栓联结，为整个夹具提供可靠固定。底座上部外　圆周面钉有一小刻度盘，并配有指针，用于指示基座　上的圆周度数。刻度盘上均布一ｌ。～＋１。的二十等分　刻度线，用于校正基座上的圆周刻度。　（２）基座整套夹具中的关键部件，起着准确钻　孔和精确夹紧工件的重要作用。基座与三爪卡盘采　用止口定位、Ｈ７／ｇ６公差配合，确保二者的同轴度。　考虑工作时钻孔夹具主要承受轴向力的因素，设计采　用单向推力球轴承，来实现工件沿周向的灵活转动。　基座下部沿圆周方向均布３６０。刻度线，与底座的指　针配合使用，是工件准确旋转特定角度的依据，确保　各钻孔位置的准确度。　（３）三爪卡盘车床中的常用夹具，能自动定　心，使用方便，卡盘与基座以止口定位、公差配合，确　保工件与基座的同心。通用夹具采用短圆柱Ｄ２５０　普通三爪卡盘，可撑紧尺寸范围为４，８０—２５０ｒａｍ。　（４）垫板与基座可靠地联接在一起，形成坚固　的轴向定位夹紧基准面，并将钻孔时产生的轴向力传　导开去，同时也增强了工件的刚度，避免加工时工件　变形。垫板可根据不同工件的分圆直径进行更换，应　用于不同场合的垫板简图，如图４所示。　日躅　图４应用不同场合垫板简图　（５）开槽压板部件基座中的夹紧机构，用于把　工件夹紧在基座上，以保证工件在加工过程中不产生　位移。压板部件可根据工件的高度、中心孔直径进行　・ｌ１Ｏ・　更换。　（６）夹紧装置整套夹具中的重要部件，用于基　座和底座的紧固定位，保证加工过程中基座不发生转　动，是准确钻孔和精确定位的前提保证。设计采用一　种手柄式自锁夹具，扳动手柄，利用偏心轴将压板下　压，达到压紧目的，利用弹簧下压产生的弹力实现自　锁　Ｊ。钻孔时，在夹具的圆周对称位置各安装一夹　紧装置，以平衡夹紧力。　３．３通用钻孔夹具的使用　使用时，零件首先按图纸要求，划一个孔的位置　线，操作者把夹具底座用螺栓固定在钻床工作台上，　然后扳动手柄，利用夹紧装置将基座和底座紧密固　定。接着将工件以中心孔或止口定位方式用三爪卡　盘夹紧，选择合适的垫板，并将垫板用紧定螺钉可靠　地联接在基座上，安装开槽压板，拧紧压板螺母，零件　定位夹紧结束。记录底座指针所指示的基座圆周度　数。然后根据第一个孔的位置，适当调节钻床主轴和　夹具的相对位置，使钻头对准第一个孔位中心，并锁　紧钻床主轴和夹具，最后启动钻床开始钻孑Ｌ。加工完　一个孔后，松开手柄转动工件到合适角度，再扳动手　柄锁紧基座，顺利完成其它孔的加工。　４通用钻孑Ｌ夹具的特点　通过更换适当的垫板、调节三爪卡距，该夹具可　以为不同分圆直径、不同中心孔尺寸的盘状类零件的　钻孔加工提供保障。夹具主要特点如下：①以零件已　加工好的中心孔或止口、端面进行定位，保持设计基　准一致，要保证联接孔的同心度和垂直度；②三爪卡　盘夹持工件可自动定心，三个卡爪可同时调节以适应　不同中心孔尺寸的工件定位；③压板为开槽结构，可　快速装夹工件，提高装夹效率；④手柄式自锁夹紧装　置使用方便，可靠固定，保障工件钻孔时位置牢固，不　易转动；⑤可根据不同工件的分圆直径和装夹高度，　更换相应的垫板；⑥基座底部标有刻度，轴承灵活转　动，可以适应同一圆周任意分度孔位加工；⑦更换不　同类型工件时，只需将首件工件进行对刀，并将钻床　主轴和夹具固定即可，不必对所有工件进行对刀。　５通用钻孔夹具的使用效果分析　该夹具的使用范围：工件中心孔直径为４，８０—　２５０ｍｍ，分圆直径≥４，１５０ｍｍ，但不宜超过ｆｆ５００ｍｍ，　因为分圆直径过大，会使夹具在工作时整体稳定性下　降，钻孔精度不易保证。　基座下部的圆周分度线是以铣床所用的圆形工　作台进行定位和分度的，保证分度具有较高的精度。　圆形工作台的最小分度单位值到２　，所以认为由角　度产生的偏差：ｚｌ角ｌ孥＝２　。　根据定位理论要求，定位误差以不大于尺寸公差　设计与制造　・机械研究与应用・　的１／３为宜。依手册查得口　工件圆周分布孔距离偏　通用钻孔夹具中，压板部件螺母的压紧力垂直向下，　差最小值为［△Ｒ／△角度］＝Ｏ．３／１２　。　而钻孔的钻削力同样向下，二者方向一致，故不需太　５．１定位误差　大的夹紧力。实际使用时，应根据工件的材质、大小　定位误差△Ｄ：△Ｂ＋△　和钻孔直径，以经验或类比法选择合适的夹紧装　其中：△　为定位误差，△　为基准不重合误差，△　置　引。　为基准位移误差　Ｊ。　６结论　通用钻孔夹具中定位基准为工件的中心孔，和设　综上所述，用通用钻孔夹具对盘状类零件进行钻　计基准一致，基准重合，因此基准不重合误差ＡＢ＝０。　孔能满足设计要求，并可获得较高的加工质量和位置　基座与三爪卡盘之间￣ｂ２０６Ｈ７／ｇ６配合，产生的基准　精度。与原有夹具相比方便实用，减少了划线、多次　位移误差为△　＝（ＥＳ－ｅｉ）／２＝［Ｏ．ｏ４６一（一０．０４４）］／２　对刀工序，提高了生产效率，同时保证了零件的钻孔　＝０．０４５ｒａｍ；单向推力球轴承紧环与基座配合：　质量，使零件具有互换性，易于装配，减轻了劳动强　￣ｂ２８０Ｈ６／ｊｓ５，产生的基准位移误差：ＡＹ２＝（ＥＳ—ｅｉ）／２　度。　＝［０．０２９－（一０．０１０）］／２＝０．０１９５ｍｍ；松环与底座配　合，＃３５０Ｈ７／ｈ６，△　＝（ＥＳ—ｅｉ）／２＝［０．０５７一（一０．　参考文献：　０３６）］／２：０．０４６５ｍｍ，；所以定位误差△Ｄ＝△Ｙ＝△Ｙ１＋　［１］范萱，王玉晨．钻床通用夹具设计［Ｊ］．包钢科技，２００８，３４　△Ｙ２＋△Ｙ３；０．１１ｌｍｍ。　（１）：３５－３６．　与工件圆周分布孔距离偏差最小值相比：Ａ角窿＜　［２］　任杏华．车工工艺学中级本［Ｍ］．北京：科学普及出版社，　１９８７．　［△角度］，△。与［△　］的１／３相差不大，因此对于加工精　［３］机械设计手册联合编写组．机械设计手册上册［Ｍ］．北京：化　度要求不是太高的孔，该定位方式可行。　学工业出版社，１９８２．　５．２夹紧力　［４］罗景军．在立钻上钻垂直孔的夹具设计［ｊ］．机械工程师，２００７　夹紧力的大小对于保证定位稳定、夹紧可靠、确　（８），１２２－１２３．　定夹紧装置的结构尺寸有很大关系，夹紧力大小要适　［５］宋伟华．钻斜孔回转式钻床夹具的设计［Ｊ］．科技信息，２００８　当。过小，在加工过程中将发生工件位移而破坏定　（２３）：２５９－２６１．　位；过大，将使工件变形，增大夹紧装置的结构尺寸。　１上接第１０８页）　轮包角大，并且与小带轮相比传动能力相对过剩且更　啮合两种传动方式的优势复合，这种复合式带传动具　换成本高，因此采取小带轮采用齿形带轮的传动匹配　有传动比准确、传递功率大、传动效率高、挠曲及散热　方案，大皮带轮不更换，仍采用普通窄Ｖ带轮，极大　性好、胶带寿命长等优点，可推广应用于各行业的带　降低了现场传动件更换成本。　传动系统中，有着广阔的市场前景。　抽油机联组同步齿形窄Ｖ带传动于２００９年７月　２２日在胜利油田孤东采油厂进行了现场试验，试验　参考文献：　非常成功，传动平稳运行ｌ６小时后停机检查，没有发　［１］　李莲香．油田抽油机用防滑Ｖ带［Ｊ］．化学工程师，１９９５，４７　现带齿磨损现象，表明运动干涉被橡胶体完全吸收。　（２）：１９－２０．　运行１８天后发现微量磨损，运行５１天后发现磨损量　［３］方玮琳．油田用大型同步齿形带胶齿设计［Ｊ］．橡胶工业，１９９９，　４６（１１）：６７１—６７２．　进展缓慢，这属于正常磨损，该带安全正常运行了１４　［３］　张守林．ＸＸＨ－－－－６３５０型同步带的装机试验研究［Ｊ］．大庆石油　个月，目前抽油机联组同步齿形窄Ｖ带传动已在胜　学院学报，１９９４，１８（１）：１１７—１１９．　利油田、大庆油田批量装机，运行状况良好。　［４］丁昌京．大型同步齿型带成型机的研制［Ｊ］。橡塑技术与装备，　５结论　２００１，２７（２）：２３－２５．　笔者推出的联组同步齿形窄Ｖ带传动是摩擦与　［５］　机械设计手册编委会．机械设计手册（带传动与链传动分册）　［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７．