步距规基座端面螺纹底孔钻具设计

哈尔滨量具刃具集团有限责任公司 (黑龙江 150040) 李运升

步距规是长度标准器，由若干个量块按一定间隔排列在基体中而成，主要应用于现场检测数控机床定位精度、三坐标测量机单轴移动精度和校对激光干涉仪等。由于步距规精度高，对各零部件精度要求更高，使零部件加工困难，尤其是基座螺纹底孔的加工，最初对基座螺纹底孔采用划线的制造工艺，虽然能够保证各孔中心距要求，但很难保证对称度及相对基座槽底面尺寸的要求，这两个尺寸经常出现超差的现象。后来采用坐标镗进行镗孔加工，虽然能够在一定程度上解决此问题，但是为保证对称度及相对基座槽底面尺寸要求，加工费时费力，效率很低，费用高昂。为解决此问题，特为基座设计螺纹底孔钻具，保证中心距要求，提高加工效率，降低生产成本。

1.步距规基座端面结构分析

步距规基座端面结构简图如图1 所示，基座最大长度为830 mm，槽是贯穿基座的，最大长度也为830 mm。槽底面有平行于基座底面的平行度要求，同时槽侧面也有垂直于底面的垂直度要求，加工难度较大，因此槽宽度24 mm 和槽底面距B 面距离15 mm的尺寸公差较大。4 个螺纹孔中心距要求如图1 所示，需保证对称度不大于0.05 mm 的形位公差和上端螺纹孔中心距槽底面距离不大于±0.05 mm 的尺寸公差要求。采用最初划线的工艺进行加工时，只能保证螺纹底孔中心距的要求，很难保证0.05 mm对称度和(18 ±0.05)mm 尺寸要求，然而3 个尺寸都需要保证，任何一个超出公差范围都会导致在装配时和与之相配合的零部件之间发生干涉，从而影响步距规精度和尺寸稳定性。由于各零部件都是热处理后的高硬度，装配时发生干涉很难进行修复，就会产生大量废品。后来，在加工过程中尝试采用坐标镗进行螺纹底孔的加工，在加工过程中发现虽然能够保证3 个尺寸的要求，加工出合格的零件，但是由于基座制造过程中15 mm 尺寸和槽宽度24 mm存在较大尺寸公差，需要对每一个基座进行测量，确定各孔坐标点，再进行镗孔，不仅费时费力，影响产品生产周期，而且坐标镗利用率低，费用高昂。因此，为了提高产品质量，降低生产成本，需要设计基座端面螺纹底孔钻具。

图1

2.基座底孔钻具设计

由于基座端面螺纹孔受3 个条件的严格约束，所设计的钻具需要同时满足这3 方面的要求，给钻具设计带来了很大的难度。4 个螺纹孔中心距尺寸可由钻具钻模直接保证，较易实现，但是0.05 mm 对称度的保证需要克服槽宽度公差为0.5 mm 变化的影响，即无论槽宽度为多少，钻具都能保证槽两侧螺纹孔相对于槽中心对称度的要求，此外，钻具还要能够保证上端螺纹孔中心距槽底面(18 ±0.05)mm的尺寸要求，即使是槽底面到基座底面距离15 mm有尺寸变动时。基于以上对钻具的严格要求，经过反复研究，最终设计出符合要求的钻具，具体结构如图2 所示。

图2 中左视图点划线内为步距规基座端面结构图(即图1 所示结构)，使用时如图2 所示，将钻具放好后，转动手把使顶紧丝杆8 带动伞形楔块7 向下运动，从而使钻模3 向下运动，直到钻模A 面与槽底面接触，此时继续旋转手把，伞形楔块推动支撑环5逐渐与槽两侧壁接触，同时也增大钻模A 面与槽底面之间的夹紧力，此时是夹紧与定位同时进行的过程，当手把不能继续转动时，钻模定位和夹紧过程结束，这时进行钻孔即能保证所钻螺纹底孔同时满足3 个尺寸的设计要求。

图2

具体实现过程是，螺纹底孔中心距的尺寸要求由钻模各孔中心距保证，上端螺纹孔中心距槽底面(18 ±0.05)mm 的尺寸由钻模上端孔中心距A 面距离为(18 ±0.02)mm (见图2)保证，无论槽底面到基座底面距离15 mm 尺寸如何变动，都不会对钻模上端孔中心距A 面距离(18 ±0.02)mm 的尺寸产生影响，从而克服这个尺寸变动对上端螺纹孔中心距槽底面(18 ±0.05)mm 的尺寸影响。支撑环是两个由柱销6 定位、可以小范围左右移动的空心圆柱体组成，钻具夹紧过程中，在伞形楔块推动下，两支撑环同时向外移动，逐渐与槽两侧壁接触并胀紧，此过程是一个夹紧并自动定心的过程，即无论槽宽如何变化，胀紧后都能保证钻模中心与槽中心重合，消除了槽宽度变化带来的影响，从而保证螺纹底孔对槽中心对称度的要求。因此该钻具从根本上消除了基座各部分尺寸变化对钻孔精度的影响，从而能够很好地保证所钻螺纹底孔达到各尺寸精度要求。

3.结语

此钻具是为解决生产过程中遇到的实际问题而设计的，具有自动定中心和夹紧与定中心同时进行两大特色，其中伞形楔块推动支撑环实现自定中心的结构是此夹具的一大亮点。通过生产过程中的实际应用，证明该钻具完全能够满足设计的要求，很好地解决了生产过程中遇到的难题，不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。