金屬切削鉆斜孔加工的夾具設(shè)計

摘要：機床夾具是機械加工中一項重要的工藝設(shè)備，金屬加工夾具設(shè)計的好壞，直接影響其加工機械零件的質(zhì)量，如果工件的加工質(zhì)量受到影響，就會影響工件的經(jīng)濟效益、可靠性等，所以在工件加工中要先保證金屬加工夾具的設(shè)計質(zhì)量。文章根據(jù)金屬切削鉆斜孔加工的夾具設(shè)計、金屬加工夾具的設(shè)計等相關(guān)的內(nèi)容進行研究分析。

關(guān)鍵詞：金屬加工夾具；斜孔加工；加工夾具設(shè)計

中圖分類號：TG75 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）35-0018-03

在工件加工中必不可少的一項工藝設(shè)備就是加工夾具，加工夾具的設(shè)計質(zhì)量會影響到工件加工質(zhì)量、經(jīng)濟效益、可靠性、使用性等，為了保證工件的加工質(zhì)量，就要對加工夾具的設(shè)計進行嚴格的控制，本文針對金屬切削鉆斜孔加工的夾具設(shè)計相關(guān)的內(nèi)容進行研究分析。

1 金屬加工夾具概述

在機械加工中有很多夾具，這些加工夾具的使用范圍繁多，例如焊接夾具、裝備夾具、檢驗夾具等，在機械工件加工過程中，為了保證加工工件的精度以及工件在機床、刀具等上面有準確的位置，并且可以快速地進行加工，使工件加工的質(zhì)量和可靠性得到提升，接受或者進行工件加工的夾具，就是機械加工夾具。

工件加工夾具的主要作用就是對加工工件進行定位、加緊、加工，其中對工件進行定位，是保證工件在夾具上有正確的加工位置，可以保證工件加工達到各項工序所規(guī)定的技術(shù)要求。在將工件在夾具上定位以后，要通過加緊裝置，向工件施加力，將工件在夾具上進行固定，保證工件在加工過程中在夾具上的位置不變。在工件的定位、加緊、加工整個過程中都包含工件的安裝，所以在安裝過程中要保證工件在夾具上正確的加工位置。夾具可以輕松地將加工工件進行固定，并保證加工精度，將工件加工的速度進行提升，降低工件加工的成本，將工人的勞動條件進行改善。

夾具分為不同的種類，有通用性也有專用性。通用性夾具可以根據(jù)加工工件進行調(diào)整和更換，適應(yīng)加工工件。專用性夾具是針對某一種工件的加工要求而專門設(shè)計的

夾具。

2 當前切削鉆斜孔加工出現(xiàn)的問題

在機械加工中加工夾具起著重要的作用，在機械加工處理中占有重要的地位。我們從加工夾具中的金屬切削鉆斜孔加工的夾具設(shè)計進行研究分析。斜孔有兩種情況：第一種是在斜面上進行鉆孔，第二種是在平面上鉆斜孔。這兩種平面斜孔的孔中心和鉆孔面不垂直，在沒有一定的保證下，斜面鉆孔就會有很大的困難。當前在斜孔加工中存在的主要問題有：（1）鉆頭在接觸工件時是單面受力，在鉆頭切削刃上的力會將鉆頭推向一邊，導致鉆頭偏斜、滑動等，進而無法進入到工件中。（2）鉆孔的位置很容易和工件鉆孔要求的位置發(fā)生偏離，工件上鉆出的孔達不到規(guī)定的要求。（3）孔口會被掛爛，將孔端面的平整度進行破壞。（4）在鉆孔的過程中鉆頭很容易發(fā)生崩刃、折斷等情況。

鉆斜孔經(jīng)常采用的方法有三種：第一，將鉆頭的回轉(zhuǎn)中心和工件鉆孔中心進行校正。第二，在保證工件位置不變的條件下，使用校沖法在鉆孔中心再打出一個較大的中心眼。第三，在鉆孔位置上鏨子鏨出一個定心窩（保證鉆頭在進行鉆孔時，切削刃不會受到斜面的影響發(fā)生偏移），然后再進行鉆孔。但是這幾種方法在工件加工中嚴重地影響工件批量加工生產(chǎn)，而且加工的工件一致性較差。為了保證加工工件的可靠性，需要在機床上合理地進行加工夾具的設(shè)計，將工件的加工生產(chǎn)方式進行改變，提高工件加工效率以及工件的加工質(zhì)量。

切削加工夾具設(shè)計中遇到的問題主要體現(xiàn)在加工夾具工藝的設(shè)計過程中，加工夾具的設(shè)計制造是金屬零件加工質(zhì)量的前提保證，將加工夾具設(shè)計中出現(xiàn)的問題找出，并將其解決是保證金屬零件加工質(zhì)量的前提條件。在切削加工夾具設(shè)計中需要從加工方法的選擇、進給階段的劃分、加工工序的安排以及加工工序的組合等方面進行考慮。

金屬切削加工夾具的設(shè)計，需要遵守一定的加工原則，只有在一定的原則基礎(chǔ)上金屬切削加工夾具的設(shè)計才可以保證其加工質(zhì)量和加工效果。金屬切削加工夾具設(shè)計方法選擇是其設(shè)計的初級階段，所以需要在一定的加工設(shè)計原則上進行。金屬切削加工夾具的加工方法，需要和實際情況進行結(jié)合，要充分地考慮到資源的最大化利用，金屬加工夾具的設(shè)計需要符合節(jié)能減排的理念，并且保證金屬加工夾具的設(shè)計質(zhì)量和精度。金屬切削加工夾具的設(shè)計需要根據(jù)其加工工件的需求，以零件材料的選擇以及金屬切削加工夾具的相適應(yīng)性為其設(shè)計的基礎(chǔ)標準，保證在機械加工中，充分地發(fā)揮加工夾具的功能。

3 金屬斜孔加工夾具的設(shè)計

斜孔加工夾具分為兩種：一種是斜面上鉆孔夾具，另一種是平面上鉆斜孔夾具。

3.1 斜面上鉆孔夾具設(shè)計

3.1.1 常規(guī)斜面斜孔加工夾具設(shè)計：我們以圖1零件為例，設(shè)計斜面加工夾具。

圖1 零件圖例

首先對該零件進行分析，將零件的斜角大小進行確定，其斜面上有5個孔徑一樣的孔，孔的中心線和斜面垂直。原加工方式：采用鉆床夾具，在分度頭上安裝適量的夾頭，將工件加緊，每加緊一個產(chǎn)品鉆一個孔后，需要將分度頭進行旋轉(zhuǎn)，然后再進行下一個孔的加工，一次鉆孔沒有辦法達到要求，需要在鉆孔完成后，再進行鉸孔，才可以完成鉆孔要求。

根據(jù)零件的加工中心特點，設(shè)計多工位夾具，可以可一次性地安裝多個零件（例如8個），在同一位置的鉆孔完成以后，再進行下一個位置孔的加工，這樣可以滿足工件批量加工的要求以及工件加工的一致性。

其次是零件的安全和定位，根據(jù)該零件的特點，進行單個零件的安裝可以采用筒夾裝夾，進而實現(xiàn)零件的批量生產(chǎn)，筒夾可以和旋轉(zhuǎn)軸一起進行旋轉(zhuǎn)運動，滿足對每個孔徑的要求。其中零件是安裝在軸套中的，使用筒夾將其加緊，將零件和軸套安裝完成后，再安裝在底板上，并且保證底板上安裝的有耐磨軸套使其和旋轉(zhuǎn)軸進行配合，旋轉(zhuǎn)定位盤一同進行旋轉(zhuǎn)，通過定位銷和定位盤孔之間的聯(lián)接，進而實現(xiàn)對不同位置的孔的加工要求。

最后是加工夾具的總體設(shè)計。加工夾具的底板上安裝8個裝夾，所以可以安裝8個零件，進而實現(xiàn)零件的批量加工，零件通過筒夾裝夾安裝在軸套中，可以保證零件的穩(wěn)定，將安裝完成的軸套零件組合，安裝到底板上。

進行零件加工時，將底板和底座之間的夾角進行調(diào)整，使其滿足零件的夾角大小。底板和底座之間的夾角大小，可以通過插銷進行調(diào)整，滿足不同零件的要求。零件加工的位置要和工作臺保證平行，然后對零件上相同位置的孔進行加工，在進行下一個孔加工時，將凸輪旋轉(zhuǎn)松開，進行旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動調(diào)整，使零件轉(zhuǎn)動到下一個孔的加工位置，然后將凸輪固定加緊，進行該旋轉(zhuǎn)位置上的孔

加工。

3.1.2 復雜斜面斜孔加工夾具設(shè)計：

根據(jù)該復雜零件進行加工夾具設(shè)計：設(shè)計原理，零件A基準面和斜面斜孔精加工時，因為其某些特征的空間尺寸無法直接進行測量，在零件加工的過程中無法確定是否滿足其設(shè)計要求，為了將這個問題解決，根據(jù)零件的特殊性質(zhì)設(shè)計一種復雜零件專用加工夾具。

加工夾具定位精度的高低直接影響著零件的加工質(zhì)量，又因為復雜零件的特殊結(jié)構(gòu)特性，對加工夾具的定位誤差進行分析非常有必要，一般零件的誤差是由加工夾具的精度、安裝誤差以及定位誤差三部分組成，這三部分對零件的定位誤差產(chǎn)生的影響是等同的。復雜零件的定位誤差主要由定位基準和基準設(shè)計的的重合程度以及工件定位面和定位基準面之間的誤差這兩方面決定，因為各項誤差的產(chǎn)生，所以加工夾具的設(shè)計精度、加工精度都必須有嚴格的要求。

加工夾具的設(shè)計精度影響復雜零件的加工精度，零件的材料也會對其制造精度產(chǎn)生一定的影響，為了保證加工夾具的設(shè)計要求和制作精度，所以需要選用耐磨性、淬透性相對較高的金屬材料。金屬加工夾具的制作過程為下

料→銑六面→粗磨→CNC加工沉頭螺紋孔→熱處理→精磨→加工夾具外輪廓等。

專業(yè)加工夾具的使用，在其進行加工使用過程中使用到的四軸臥式加工中心，可以在水平方向上圍繞工作臺進行Y軸旋轉(zhuǎn)。在進行精加工復雜零件A基準面和斜面斜孔時，將零件的B基準面在加工夾具上進行定位，零件的放置，使用5個壓板將復雜工件加緊，進而完成復雜工件在加工夾具中的裝夾。

在進行零件加工過程中加工夾具工作臺發(fā)出工作指令，進行不同角度的旋轉(zhuǎn)對復雜零件上的孔進行加工，在對復雜零件上的孔進行加工的過程中要注意，控制零件的表面粗糙度和零件定位差。在進行斜孔加工時，要注意斜孔孔徑的大小以及斜孔表面的粗糙度。

3.2 平面上鉆斜孔夾具設(shè)計

在平面上鉆斜孔可以分為兩種情況：一種是將孔沿著基準面進行傾斜，加工方式和上述加工方式相同；另一種是使孔的傾斜中心線和基準面之間保持一定的角度，這種鉆孔的難度非常大，需要使用夾具來作為基礎(chǔ)保證。

夾具在安裝時，平面需要保持水平，這樣工件只需要向一個方向進行轉(zhuǎn)動就可以安全地進入到夾具中，在工件安裝完成后通氣，夾具的氣缸活塞桿需要向后進行收縮，將定位板進行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到固定的角度后，如果氣缸中還存在收縮余量，就將定位板進行施力加緊，然后進行工件的加工。工件完成加工以后，使氣缸伸出，將安裝板頂平，將完成加工后的工件吊出。

工件在安裝的過程中，需要對孔和垂直方向的夾角進行限定，安裝完成之后，保證角度面和工件定位板的旋轉(zhuǎn)方向一致。在工件加工時，工件定位板在氣缸的作用下，會向下旋轉(zhuǎn)45°，使加工工件的孔和加工夾具的主軸呈現(xiàn)平行的狀態(tài)，然后進行工件的加工。

通過使用夾具保證工件的加工精度以及批量生產(chǎn)的要求，使得工件加工成為一件簡單、直接的工作，將工件加工的安全性提升，保證了工件的加工質(zhì)量。

不同的金屬加工夾具有不同的設(shè)計要求，根據(jù)加工工件的需求進行加工夾具的設(shè)計，并保證加工夾具設(shè)計的合理性以及準確性，有一定程度上的精度要求，可以實現(xiàn)不同工件的加工精度要求、工件的批量加工以及工件加工的一致性。當前我國加工夾具設(shè)計中存在一些問題，這些問題不僅影響到加工夾具的設(shè)計和制造，同時對要加工的零件精度、尺寸等也會產(chǎn)生不同的作用，影響加工零件的加工質(zhì)量，當前針對不同的零件有不同的加工夾具，為了保證加工零件的加工精度和加工質(zhì)量，需要在加工夾具的設(shè)計過程中遵守加工夾具設(shè)計原則，并和加工零件的需求進行結(jié)合，將設(shè)計、加工中出現(xiàn)的較大偏差、誤差等進行減小，實現(xiàn)加工零件的精加工。

4 結(jié)語

在我們生活中會遇到各種各樣的機械，機械是由不同的機械零件組成的，機械零件的精度決定機械的使用安全性，而零件的精度是由其加工夾具決定的。金屬加工夾具的設(shè)計，影響零件的加工精度和加工質(zhì)量，為了保證零件的加工精度和加工質(zhì)量，需要對其加工夾具進行合理的設(shè)計，使其可以保證零件的加工精度以及實現(xiàn)零件的批量加工生產(chǎn)。

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作者簡介：楊寅香（1961—），男，湖北黃石人，黃石新興管業(yè)有限公司制造工程師，研究方向：機械制造。