步距規基座端面螺紋底孔鉆具設計

哈爾濱量具刃具集團有限責任公司 (黑龍江 150040) 李運升

步距規是長度標準器，由若干個量塊按一定間隔排列在基體中而成，主要應用于現場檢測數控機床定位精度、三坐標測量機單軸移動精度和校對激光干涉儀等。由于步距規精度高，對各零部件精度要求更高，使零部件加工困難，尤其是基座螺紋底孔的加工，最初對基座螺紋底孔采用劃線的制造工藝，雖然能夠保證各孔中心距要求，但很難保證對稱度及相對基座槽底面尺寸的要求，這兩個尺寸經常出現超差的現象。后來采用坐標鏜進行鏜孔加工，雖然能夠在一定程度上解決此問題，但是為保證對稱度及相對基座槽底面尺寸要求，加工費時費力，效率很低，費用高昂。為解決此問題，特為基座設計螺紋底孔鉆具，保證中心距要求，提高加工效率，降低生產成本。

1.步距規基座端面結構分析

步距規基座端面結構簡圖如圖1 所示，基座最大長度為830 mm，槽是貫穿基座的，最大長度也為830 mm。槽底面有平行于基座底面的平行度要求，同時槽側面也有垂直于底面的垂直度要求，加工難度較大，因此槽寬度24 mm 和槽底面距B 面距離15 mm的尺寸公差較大。4 個螺紋孔中心距要求如圖1 所示，需保證對稱度不大于0.05 mm 的形位公差和上端螺紋孔中心距槽底面距離不大于±0.05 mm 的尺寸公差要求。采用最初劃線的工藝進行加工時，只能保證螺紋底孔中心距的要求，很難保證0.05 mm對稱度和(18 ±0.05)mm 尺寸要求，然而3 個尺寸都需要保證，任何一個超出公差范圍都會導致在裝配時和與之相配合的零部件之間發生干涉，從而影響步距規精度和尺寸穩定性。由于各零部件都是熱處理后的高硬度，裝配時發生干涉很難進行修復，就會產生大量廢品。后來，在加工過程中嘗試采用坐標鏜進行螺紋底孔的加工，在加工過程中發現雖然能夠保證3 個尺寸的要求，加工出合格的零件，但是由于基座制造過程中15 mm 尺寸和槽寬度24 mm存在較大尺寸公差，需要對每一個基座進行測量，確定各孔坐標點，再進行鏜孔，不僅費時費力，影響產品生產周期，而且坐標鏜利用率低，費用高昂。因此，為了提高產品質量，降低生產成本，需要設計基座端面螺紋底孔鉆具。

圖1

2.基座底孔鉆具設計

由于基座端面螺紋孔受3 個條件的嚴格約束，所設計的鉆具需要同時滿足這3 方面的要求，給鉆具設計帶來了很大的難度。4 個螺紋孔中心距尺寸可由鉆具鉆模直接保證，較易實現，但是0.05 mm 對稱度的保證需要克服槽寬度公差為0.5 mm 變化的影響，即無論槽寬度為多少，鉆具都能保證槽兩側螺紋孔相對于槽中心對稱度的要求，此外，鉆具還要能夠保證上端螺紋孔中心距槽底面(18 ±0.05)mm的尺寸要求，即使是槽底面到基座底面距離15 mm有尺寸變動時。基于以上對鉆具的嚴格要求，經過反復研究，最終設計出符合要求的鉆具，具體結構如圖2 所示。

圖2 中左視圖點劃線內為步距規基座端面結構圖(即圖1 所示結構)，使用時如圖2 所示，將鉆具放好后，轉動手把使頂緊絲桿8 帶動傘形楔塊7 向下運動，從而使鉆模3 向下運動，直到鉆模A 面與槽底面接觸，此時繼續旋轉手把，傘形楔塊推動支撐環5逐漸與槽兩側壁接觸，同時也增大鉆模A 面與槽底面之間的夾緊力，此時是夾緊與定位同時進行的過程，當手把不能繼續轉動時，鉆模定位和夾緊過程結束，這時進行鉆孔即能保證所鉆螺紋底孔同時滿足3 個尺寸的設計要求。

圖2

具體實現過程是，螺紋底孔中心距的尺寸要求由鉆模各孔中心距保證，上端螺紋孔中心距槽底面(18 ±0.05)mm 的尺寸由鉆模上端孔中心距A 面距離為(18 ±0.02)mm (見圖2)保證，無論槽底面到基座底面距離15 mm 尺寸如何變動，都不會對鉆模上端孔中心距A 面距離(18 ±0.02)mm 的尺寸產生影響，從而克服這個尺寸變動對上端螺紋孔中心距槽底面(18 ±0.05)mm 的尺寸影響。支撐環是兩個由柱銷6 定位、可以小范圍左右移動的空心圓柱體組成，鉆具夾緊過程中，在傘形楔塊推動下，兩支撐環同時向外移動，逐漸與槽兩側壁接觸并脹緊，此過程是一個夾緊并自動定心的過程，即無論槽寬如何變化，脹緊后都能保證鉆模中心與槽中心重合，消除了槽寬度變化帶來的影響，從而保證螺紋底孔對槽中心對稱度的要求。因此該鉆具從根本上消除了基座各部分尺寸變化對鉆孔精度的影響，從而能夠很好地保證所鉆螺紋底孔達到各尺寸精度要求。

3.結語

此鉆具是為解決生產過程中遇到的實際問題而設計的，具有自動定中心和夾緊與定中心同時進行兩大特色，其中傘形楔塊推動支撐環實現自定中心的結構是此夾具的一大亮點。通過生產過程中的實際應用，證明該鉆具完全能夠滿足設計的要求，很好地解決了生產過程中遇到的難題，不僅降低了生產成本，而且大大提高了生產效率。