普通卧式铣床钻径向小直径孔

杨建贺 钟建武 杨立青 苏 兵 张会茸

（①江南工业集团有限公司，湖南湘潭411207;②总参陆航株州军代室，湖南湘潭411207;③湖南云箭科技有限公司，湖南长沙400100）

1 加工零件基本介绍

某本体零件，基本尺寸φ×L（见图1），材料为超硬铝合金。零件的结构特征是:零件中心孔内有7个直径不等的径向小孔，呈放射状多个角度分布在内圆柱面凹槽上。位置度要求与端面上的台阶孔贯通，孔直径5×φ2 mm和2×φ3 mm，孔最深35 mm，见图2。中央孔直径有效工作空间为D=φ85 mm圆柱面，一般机床刀具无法进入加工区域，而且钻孔直径小，属特殊孔的切削加工，通用加工方法和机床根本不能钻削诸孔，必须采用专用工艺装置解决问题。

2 加工工艺设计

针对小直径孔（φ3 mm以下）加工的困难，工艺设计时，我们总体综合考虑了机床、刀具、夹具各影响因素，决定利用现有普通卧式铣床加工，需设计一套专用钻孔动力头，在有限的中部内孔空间内，加工7个微小直径通孔，且与其他零件不发生干涉。

工艺设计考虑如下:

加工零件内孔凹槽中7个小孔，有一些解决办法。方案一，采用电火花加工，制做特殊的工具电极逐孔加工，但加工效率低，操作也不方便;方案二，根据其精度和各孔的位置角度要求，采用普通卧式铣床加工诸孔，但需专门设计一套钻孔动力转换转向装置，其加工效率高，成本低，操作简单;方案三，请专业的国外公司设计制作精密微型钻孔动力头，费用高（约数十万元），周期长。通过比较分析，我们决定采用第二种方案，利用工厂现有普通设备条件，制作钻孔动力头，解决产品的径向小直径孔的加工问题。

首先工艺设计，先车出内圆柱面和凹槽及端面，加工好相关各轴向台阶大孔，再利用工件中间孔的最大的有效空间，设计专用夹头和钻头，并注意钻头的工作行程。

3 加工工艺装置设计

在普通卧式铣床X60上加工内圆中的7个径向小直径孔，需进行加工系统专用工艺装置综合考虑，必须增加1套动力转换装置（即专用钻孔动力头），1套工件定位夹具和1副万能回转工作台。各相对位置要周密统筹考虑设计，以保证零件的加工尺寸要求。加工工艺装置系统见图3。

3.1 专用动力头

本装置就是将普通卧式铣床主轴的动力平行转换方向，才能加工出7个径向小直径深孔，设计方案见图4。专用动力头的动力由卧式铣床主轴提供，大带轮8固定在铣床主轴上，采用了齿形同步带传动给小带轮10。而这种齿形带传动比准确，对轴的径向作用力小，结构紧凑，设计的小带轮齿数Z1=31，大带轮齿数Z2=60，传动比i=Z2/Z1=1.93，属增速运动。由于加工孔径小（3 mm以下）且深长，钻头转速要高，安装了两支微型精密向心球轴承14支承，可满足加工工况使用要求。

首先将铣床主轴尾支架卸下，将固定座组件2通过联接螺栓1与铣床主轴前端盖联接，装上本体支架3和轴承15，用螺钉4压紧;再将大带轮8、平键7、大挡圈5、齿形同步带9装入铣床主轴上，调整好大带轮位置，装上主轴尾支架固紧，压紧大带轮;装上小带轮10、齿形同步带9、挡圈13、螺钉12固紧，最后通过螺纹旋入弹簧夹头11。专用动力头使用一段时间后，齿形同步带张力可通过本体支架3上的4个长腰形孔调节。

3.2 专用夹簧

专用弹簧夹头和小带轮，见图5。弹簧夹头和小带轮材料均为轴承钢9CrSi，弹簧夹头1锥部开四条轴向槽。尾部铣成了四方，中部后端有外螺纹与小带轮2联结，小带轮2内孔车有内锥圆柱面，与弹簧夹头外锥圆柱面研磨配合，等锥角接触。操作时，将钻头柄部插入弹簧夹头孔中，用特制开口板手拧弹簧夹头尾端方柄使弹簧夹头转动，通过螺纹作用，弹簧夹头轴向微量向右移动，在小带轮内圆锥面的作用下，夹紧钻头5。不同的钻孔直径，需设计不同的弹簧夹头。

3.3 钻孔夹具

如图6的所示，首先将万能回转工作台固定在铣床工作台上，再将钻孔夹具找正，用定位心轴7确定夹具在万能回转工作台的位置，然后固紧在万能回转工作台上;装入工件，定位在夹具底座1、心轴7和定位块5上，装上压板3，用螺母4压紧工件。用百分表通过定位心轴7找正夹具中心位置，钻头轴线中心应与加工孔中心轴线重合;用百分表校正夹具定位块5侧基准面，确定产品第一个加工孔的起始位置，固紧万能回转工作台，移去定位心轴7。根据诸孔角度位置，加工一个孔后，用手柄转动万能回转工作台至下一个加工孔位，锁紧回转工作台钻孔;再依次加工同孔径各孔。加工不同的孔径，需更换不同的弹簧夹头和钻头。

夹具位置X、Y、Z方向移动由铣床工作台手柄控制，钻头工作转速n由机床变速机构调节，宜控制在1 200～1 800 r/min范围。

4 结语

本加工系统专用工艺装置解决了凹槽内圆柱上小空间径向小直径孔（φ2～3 mm）的难加工问题，尺寸和位置精度均达到图纸设计要求。本系统工艺装置扩大延伸了普通卧式铣床加工工作范围，亦可为类似工件加工问题提供有益的参考作用，简单实用可靠。

［1］航空工艺装备设计手册编写组.航空工艺装备设计手册:夹具设计分册［M］.北京:国防工业出版社，1979.

［2］菜光耀.机床夹具设计［M］.北京:机械工业出版社，1997.

［3］机械零件设计手册编写组.机械零件设计手册［M］.3版.北京:冶金工业出版社，1994.

［4］赵如福.金属机械加工工艺人员手册［M］.4版.上海:上海科学技术出版社，2006.

［5］邢鸿燕，陈榕林.机械制造难加工技术［M］.北京:机械工业出版社，2009.