鉆削方孔方法原理及工藝裝備結構設計

摘要：在常用的機械結構中會出現一些方孔，采用常規加工方法如銼、沖、插、拉、線切割等，這些加工方法各有優缺點。本文提出采用一種特殊的鉆頭，裝在一個專用的鉆夾頭裝置上，借助一個帶方孔的鉆套作為導向，在普通鉆床上直接鉆削方孔，能方便、較快地加工出滿足質量要求的方孔，此方法省力省時而且成本較低。

關鍵詞：鉆削方孔;方法原理;工藝參數;結構設計

0 ?引言

在機械結構設計中，時常會出現一些方孔，例如機器設備上的操作手輪或手抦，基本上都是采用正四方孔、正六方孔來連接固定，機械零件上的方孔加工方法也很多，如銼、沖、插、拉、線切割等，需要根據工件的材料、加工數量、孔的尺寸及精度來選擇，這些加工方法各有優缺點。

銼削加工，先鉆圓孔再鉗工銼削，操作工人勞動強度大，生產效率低，尺寸精度也不高;沖壓加工，也是先鉆圓孔再利用沖頭在沖床上進行沖壓，生產效率高且能保證精度，但需要制作沖頭并有沖床設備，只是適合大批量生產;拉削加工，需要拉刀和拉床設備，成本高;線切割方法，采用編程控制加工，適合于加工各種硬度材料和形狀復雜的內孔（只能是通孔），雖然加工精度高適應性廣，但加工速度慢成本高。

鑒此本文提出，采用一種特殊的鉆頭，裝在一個專用的鉆夾頭裝置上，借助一個帶方孔的鉆套作為導向，在普通鉆床上直接鉆削方孔，能方便、較快地加工出滿足質量要求的方孔，此方法省力省時而且成本較低。

1 ?鉆削方孔的原理

常規的鉆孔加工鉆花是繞自己的軸線轉動，只能加工圓孔，如果要鉆方形孔，那么鉆花自轉的同時，其軸線還應該沿一個方形軌跡運動，這樣才能加工出一個方形孔。具有這種奇妙特性就得使用非圓形的定寬曲線，非圓定寬曲線中最簡單的一種就是萊洛三角形。它是以等邊三角形的三個頂點為圓心，邊長為半徑，在頂點的對邊畫弧，就得到萊洛三角形，見圖1。萊洛三角形的寬度等于構造等邊三角形的邊長。

當萊洛三角形在邊長為其寬度的正方形內旋轉時，每一個角走過的軌跡基本上就是一個正方形，只是四角有點小弧度，如圖2。不過對于一般內孔加工來說，能夠滿足使用要求。萊洛三角形在正方形內旋轉時，其中心不是固定不變的，而是近似一個圓形。

從方孔形成原理看出，萊洛三角形的三個角的運動軌跡基本上是一個正方形，利用這一特征，采用鉆削方孔時鉆花做成萊洛三角形相似形狀，以萊洛三角形的三個角做成三面刃鉆花的三個刃（稱為萊洛三角鉆頭，見圖3），這樣就剛好加工出方形孔。只是萊洛三角鉆頭與萊洛三角形一起作旋轉運動時，其中心是近似一個圓形，此時萊洛三角形與鉆床軸之間采用浮動連接就行了。

2 ?方孔鉆削方法與鉆削工藝參數

為了減少方孔鉆削余量，鉆削方孔前首先用麻花鉆在工件相應鉆方孔位置上鉆一圓形底孔，麻花鉆直徑比方孔邊長a約小1～2mm。然后將方孔鉆頭夾于浮動夾頭上，浮動夾頭另一端安裝在鉆床主軸錐孔內，通過夾頭的內部機構使鉆頭偏離鉆床主軸旋轉，鉆出方孔。切削轉速：n=30～80r/min，進級量f=0.1～0.2mm/r，用6～8%的乳化油水溶液作為冷卻液。安裝靠模與工件時，應該注意校正工件底孔和靠模方孔的相對中心及工件方孔的方向。鉆削后再用銼刀修正就成清角方孔了。

3 ?方孔鉆頭結構及尺寸

方孔鉆頭結構如圖4所示，其材料選用高速鋼，熱處理硬度為60～65HRC，分為切削部分和夾持部分，切削部分未開溝槽部分作為鉆削時起導向作用，為了避免導向部分與靠模產生強烈的摩擦，R比a略小。方孔鉆頭結構尺寸見表1。

4 ?浮動夾頭結構

浮動夾頭結構如圖5所示。

浮動夾頭下端用于安裝方孔鉆頭1，上端錐柄裝在鉆床主軸錐孔里，實現鉆頭與主軸之間的浮動連接，方孔鉆頭上端的萊洛三角形在靠模板2的正方形內旋轉，方孔鉆頭前端的三條切削刃尖的軌跡就是一個正方形，實現方孔的加工。方孔鉆頭與鉆頭錐柄中間采用十字滑塊連軸器7連，實現方孔鉆頭在平面內作任意方向的短距離移動，方孔鉆頭通過動滑塊6支承在若干滾球5上，用滾球來減少移動時與套筒8的摩擦力。

5 ?結束語

為了解決許多零件快速加工方孔的需要，詳細介紹了萊洛三角形的原理、鉆削方法與鉆削工藝參數、方孔鉆頭結構及尺寸、浮動夾頭結構，只要工藝參數合理，利用上述方法不僅能加工方孔，還可以改變靠板內腔的形狀，實現正三角形、正五邊形、正六邊形等正多邊形的方孔鉆削加工。

參考文獻：

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作者簡介：向承翔（1966-），男，重慶人，重慶三峽職業學院副教授，研究方向為機械設計與制造、職業教育。