一种快速定位装夹钻孔夹具的工艺分析

周晓蓉

摘 要：企业批量半成品机加工过程中，存在加工规格不同、交货周期短、时间紧迫等难题。为提高加工效率，保证工件质量，降低人工成本，准时交货，有必要专门设计快速定位与装夹的钻孔夹具，使半成品工件快速定位装夹及拆卸更换，快速确定等分钻孔孔位，并且能针对不同孔径钻孔要求，快速转换钻模。主要设计目的是提高半成品工件装夹速度，保证半成品工件钻孔孔位精度和整体加工效率的同时，降低夹具制作成本。

关键词：快速定位;快速装夹;钻孔夹具;批量加工

中图分类号：TG751.2 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）26-0065-03

Process Analysis of a Fast Positioning and Clamping Drilling Fixture

ZHOU Xiaorong

（Suzhou Chien-shiung Institute of Technology， Taicang Jiangsu 215411）

Abstract： During the machining process of batch semi-finished products in enterprises， there are problems such as  two processing specifications， short delivery cycle， and tight time. In order to improve processing efficiency， ensure the quality of the workpiece， reduce labor costs， and deliver on time， it is necessary to design a drilling fixture for rapid positioning and clamping， so that the semi-finished workpiece can be quickly positioned， clamped， disassembled and replaced， and the positions of the equally divided drilling holes can be quickly determined， and the drilling mold can be quickly changed according to the drilling requirements of different diameters. The main design purpose is to increase the clamping speed of semi-finished workpieces， ensure the accuracy of the drilling holes of the semi-finished workpieces and the overall processing efficiency， while reducing the cost of fixture production.

Keywords： rapid positioning;rapid clamping;drilling fixture;batch processing

某企业需要加工一批半成品工件，但是时间紧，任务重。半成品工件使用数控加工中心（Compnterized Numer-ical Control，CNC）编程加工最为合适，但因实训工厂内CNC机床工作量饱和，无法连续使用加工这批工件。如果使用普通钻孔加工方法，相对六等分孔的加工以及装夹方法等要求，无法在规定交货期内完成任务。为了同时保证精度与效率，本研究专门设计一套快速定位与装夹的钻孔夹具，该夹具的优点体现在装夹便捷、定位精准，从而提高工作效率，降低人工成本[1]。

1 夹具设计结构分析

本夹具在设计初主要考虑功能与便捷相结合，从操作人员体验感角度出发，满足便于搬运、装夹固定以及操作实施等需求。该夹具主要分为工件固定机构及麻花钻导向机构两部分。这种快速定位装夹钻孔夹具的组成部分如图1所示，由底板、夹板、工件固定轴、滑块、拉杆、弹簧、夹紧螺栓、紧固手柄、支撑螺钉和滚花螺母等零件组成。首先由底板与夹板之间的工件固定轴确定半成品工件轴心位置。同时，拉杆顶尖通过滑块运动，与工件固定轴上等分锥孔配合定位，确定工件钻孔等分位置。在夹紧半成品工件時，由支撑螺钉和滚花螺母调整限高至半成品工件相同高度，用紧固手柄和夹紧螺栓的螺纹连接，紧固半成品工件。

麻花钻导向机构由支柱、导柱、导套、紧固螺钉及钻模组成，先用导柱将导套与钻模固定在支柱上，确定Z轴位置，然后用两个紧固螺钉确定并紧固钻模中心位置，确定两个方向位置后，麻花钻通过钻模导向孔，对固定在工件固定机构上的半成品工件进行定位钻孔。导向机构可针对工件加工孔径大小不同，对钻模进行更换，从而使不同孔径要求的工件能在同一夹具上进行加工，无须频繁更换整套夹具，从而提高加工效率，降低加工成本。

2 夹具设计工艺分析

2.1 外形设计

该夹具便于与钻床固定，整体以轻便为主。一端设计手持式拿取结构，既控制夹具总质量，又便于操作人员搬运使用[2-3]。

2.2 底板设计

根据便于搬运的需求，一端设计成手持外形结构，减轻底板质量的同时，便于整个夹具拿取。为了便于与钻床固定，夹具两侧设计了两个U形槽，尺寸适用于钻床台面的腰槽，装夹时可利用T形螺母、螺栓和六角螺母对夹具与钻床台面进行连接固定。同时，设计了与拉杆、滑块连接装配对应的槽，结合滑块、拉杆、弹簧对工件固定轴进行六等分定位，作用于半成品工件的六等分钻孔。

2.3 半成品工件装夹固定设计

根据现有半成品工件的高度，结合考虑后期通用性，可能会有不同高度的工件需要加工，在设计夹紧方式时，使用开放式夹紧，以面与面平行的状态夹紧半成品工件，并且能保证快装、快卸、快换等，提高加工效率。

2.4 半成品工件六等分孔位定位设计

半成品六个等分孔的圆周等分位在控制孔位精度的同时，可以保证加工方便快捷。设计时，在工件固定轴的径向设置6个等分锥孔，通过底板上的槽与拉杆、滑块配合，以拉杆顶尖与锥孔相抵，确定半成品工件六等分孔位，这个设计有快速转位、定位与固定的优点。设计时，根据钻模导向孔孔位中心、工件固定轴中心以及底板配合孔中心，结合计算轴心距与钻模导向孔中心位置，确定各孔具体尺寸位置，这个过程依托UG软件编程计算出图。半成品工件与工件固定轴的定位功能是指在工件固定轴台阶面上根据钻孔孔位与初始孔孔位的关系，设计一个定位销与之配合定位[4]。

2.5 导套设计

根据任务需求，有两个规格的孔需要钻削加工，为了便于钻模更换，对钻模配制了导套。导套设计时，一方面考虑装夹定位方便;另一方面，在加工过程中，钻模不涉及抗压问题。所以，将材料选为拉伸强度、屈服强度及可延展性都较好的铝材。

3 核心件加工工艺分析

3.1 底板加工工艺

在加工底板时，考虑到加工条件限制，只能在普通铣床上加工，所以工艺相对烦琐。但夹具外形对精度的要求较低，加工难度适中，主要难点在于外形45°角度铣削以及与拉杆、滑块相配的两个槽铣削。加工前，应做好准备工作，槽位应利用3D万向寻边器寻Ф22H7孔中心位置，确保槽的中心线与孔的中心成45°夹角。加工完毕的槽宽与滑块成间隙配合，槽深尺寸应比滑块高度大，避免装配后无法滑动。底板加工样图参考底板主视图和A向视图，如图2、图3所示。

3.2 工件固定轴加工工艺

工件固定轴加工时，应注意六等分锥孔位置的准确性，锥孔轴向尺寸应与装配后的拉杆顶尖中心位置相等，确保拉杆顶尖能准确定位锥孔孔位。六等分的孔位在车削工艺结束后，利用分度头在铣床上进行六等分钻孔加工，加工时，注意每个孔的深度应一致，并且确保分度头等分计算准确，计算时采用分度头单分度计算公式。加工样图参考工件固定轴主视图和工件固定轴剖视图，如图4、图5所示[5]。

3.3 加工注意点

加工底板时，底板与拉杆、滑块配合的槽应确保槽深、槽宽均与滑块的厚、宽成间隙配合，避免装配后滑块无法在槽内滑动，影响使用功能。麻花钻导向机构中，钻模导向孔的中心位置加工时，应注意与半成品工件六等分孔的定位尺寸相对应。为避免孔间距偏大或偏小，可在完成第一个半成品件后，进行检测与微调。基于前期的尺寸设计与模拟，该尺寸误差可控制在六等分孔位的要求公差范围内。

4 结语

这套快速定位装夹钻孔夹具是根据半成品工件的加工需求，专门设计加工而成的，其最终目的是保证工件精度的同时，提高加工效率，降低人工成本。在使用过程中，半成品工件实现了快速定位、装夹及拆卸更换，快速确定等分孔孔位等目的，并且快速转换的钻模可根据不同孔径的钻孔需求，完成不同加工任務。本夹具设计最终保证了半成品工件的孔位精度，确保了加工效率，使得企业顺利在交货期内交货，且具有一定的通用性，值得推广。

参考文献：

[1]万宏强，王垠衡，余成林.自动化夹具综合实验台在实验教学中的应用[J].内燃机与配件，2021（10）：223-224.

[2]霍天枢，潘鸣宇.一种新型单向可调节夹具的设计与开发[J].机械工程师，2021（10）：1-2.

[3]张武，徐连江.经济型数控车床自动钻孔夹具设计与实现[J].中国现代教育装备，2017（10）：8-10.

[4]唐彬，陈玲.自动钻孔工装设计[J].机械工程师，2021（10）：161-162.

[5]王子鹏，王闰.钻床夹具的设计与研究[J].科技创新与应用，2017（3）：147.

1710501186299