一种特定零件的加工工艺及钻斜孔夹具设计

马淑霞， 沈建成， 曹德瑾

（1.兰州工业学院a.机电工程学院；b.国有资产管理处，兰州 730050；2.甘肃省高校绿色切削加工技术及其应用省级重点实验室，兰州 730050）

0 引言

众所周知，夹具是一种装夹工件的工艺设备，其主要功能是实现工件定位及夹紧[1]，使工件加工时相对于机床、刀具有正确的位置，以保证工件的加工精度。在具体加工中，对于不同零件的不同工序，需要设计专门的夹具以实现零件的固定[2]。斜孔由于不与基本面平行，在夹具装夹和加工中都相对困难，为此，本文提出了针对某一特定零件的加工工序设计，及其工序之一——斜孔加工的夹具设计，为该零件的实体加工等后续工作提供技术参考。

1 被加工零件结构分析

该零件安装于车床主轴箱上面，主要作用是给主轴箱内供油及对油液起缓冲作用。如图1所示，零件的底座两端设计两孔，基座与φ48h6的外圆柱面连接，中间设计有和外圆柱面同轴的孔，圆柱体上有一同中心孔轴线呈30°的螺纹孔。其中，两基座小孔用于零件的固定连接，圆柱面上的倾斜孔由于连接进油设备，外圆柱面与主轴箱承配合装配，中心孔则用于油液的过滤及缓冲。

图1 待加工零件的分析

2 零件的加工工艺设计

本零件为不规则的多孔零件体，底面为设计基准，为避免因基准不重合而引起的误差，在高度方向选定下底面为零件的工艺基准[3]。在宽度方向，采用“互为基准”的原则[4]，重复加工φ48 mm外圆柱面和φ38 mm内孔，以保证两者有较高的同轴度。

1）加工方法的确定。下底面为非圆平面，也是加工其它表面的精基准，其表面粗糙度为Ra1.6 μm，加工方法选用粗铣→精铣[5]。φ38 mm内孔的加工经济精度为IT14，表面粗糙度为Ra6.3 μm，由于毛坯上已铸造出底孔，所以选用扩孔→粗铰加工。2-φ9孔表面粗糙度为Ra6.3 μm，未注公差尺寸，只需用对应尺寸麻花钻钻削即可。φ48 mm外圆柱面公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra1.6 μm，加工方法采用半精车→精车→细车。进油孔用于连通油液，密封性很高，连接部分采用螺纹设计，由于毛坯未铸底孔，此部分采用锪沉头孔→钻→扩→攻丝加工。

2）加工工艺设定。在此零件的加工工序确定中，主要考虑了以下几个方面：a.尽量粗精加工分阶段[6]进行，这样既可以通过粗加工高效去除较大加工余量[7]，待残余内应力重新分布后，再利用精加工获得较高的表面质量；b.尽量使得粗加工安排在所有工序之前，这样有利于及早发现毛坯的缺陷，避免后续加工造成浪费；c.考虑到对于小批量特殊零件的加工，工序分散能使加工设备结构简化、降低加工设备的使用和操作人员的技术要求，尤其是加工的工序可采用效率高的专用机床机夹具，如本零件的钻斜孔工序，这样在降低投资成本的同时也保证了加工质量。所以经过调整修改，依照工序分散的原则[8]，确定出此零件的工艺加工方案，如表1所示。

表1 零件工艺加工方案

3 钻斜孔工序的夹具设计

3.1 零件的自由度限制

3.2 定位误差计算

所加工为零件的φ11 mm斜孔，本工序加工要求保证的位置精度[10]主要是孔的起点与下底面的尺寸（95±0.435）mm。

由上述得:Δjw=Δjw1+Δjw2=0.311 mm。

将其转换为高度方向的Δjw为0.173 mm。因该工序的允许制造公差为0.29 mm，则Δdw=Δjb+Δjw=0.173＜0.29 mm。

故该定位的误差分析符合要求。

3.3 夹具装配设计

该零件的定位是由夹具体1的斜面和2个可换定位销连接起来的，通过双翼套筒5卡在夹具体的楔形口里实现夹紧，借助钻模板2上的钻套3的导向，以实现对刀。这样各部分联合就实现了夹具对零件的定位、夹紧和对刀等功能。

如图2所示，零件的下底面与夹具体倾斜面接触，起到支撑和固定作用。在夹具体下底面上用螺纹固定且装配有圆柱销，和零件内孔相装配。底面上另用螺纹固定的为一菱形销[11]，其与零件底座小孔相配合，以限制零件的旋转。夹具体上部设计有铰链翻开式钻模板[12]，钻模板上的快换钻套能实现加工孔时刀具的良好导向并防止其折断。夹具体底座与加工设备，通过地脚螺栓连接。

图2 钻斜孔工序的夹具设计

图3为双翼套筒工作的A向视图，沿零件的轴向方向用带有两翼的旋转套筒相固定，工作时顺时针旋转手柄，将套筒卡入夹具体的楔形口中，其上带角度的斜面，可让两翼因受摩擦力而自锁[13]，起到夹紧作用， 反向旋转则可拆卸零件。

图3 双翼套筒的使用方法

4 结语

通过对该零件的加工工艺分析及设计，最终设计出此零件斜孔加工的夹具。该夹具安装拆卸方便，能实现零件的良好定位。夹具中的夹紧装置通过自锁提高了零件固定的稳定性；此夹具采用铰链翻开式钻模板，便于零件拆卸且解决了安装空间的问题。另外，通过更换钻套，可完成斜孔的扩孔和螺纹攻丝加工。