一種快速定位裝夾鉆孔夾具的工藝分析

周曉蓉

摘 要：企業批量半成品機加工過程中，存在加工規格不同、交貨周期短、時間緊迫等難題。為提高加工效率，保證工件質量，降低人工成本，準時交貨，有必要專門設計快速定位與裝夾的鉆孔夾具，使半成品工件快速定位裝夾及拆卸更換，快速確定等分鉆孔孔位，并且能針對不同孔徑鉆孔要求，快速轉換鉆模。主要設計目的是提高半成品工件裝夾速度，保證半成品工件鉆孔孔位精度和整體加工效率的同時，降低夾具制作成本。

關鍵詞：快速定位;快速裝夾;鉆孔夾具;批量加工

中圖分類號：TG751.2 文獻標識碼：A 文章編號：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

某企業需要加工一批半成品工件，但是時間緊，任務重。半成品工件使用數控加工中心（Compnterized Numer-ical Control，CNC）編程加工最為合適，但因實訓工廠內CNC機床工作量飽和，無法連續使用加工這批工件。如果使用普通鉆孔加工方法，相對六等分孔的加工以及裝夾方法等要求，無法在規定交貨期內完成任務。為了同時保證精度與效率，本研究專門設計一套快速定位與裝夾的鉆孔夾具，該夾具的優點體現在裝夾便捷、定位精準，從而提高工作效率，降低人工成本[1]。

1 夾具設計結構分析

本夾具在設計初主要考慮功能與便捷相結合，從操作人員體驗感角度出發，滿足便于搬運、裝夾固定以及操作實施等需求。該夾具主要分為工件固定機構及麻花鉆導向機構兩部分。這種快速定位裝夾鉆孔夾具的組成部分如圖1所示，由底板、夾板、工件固定軸、滑塊、拉桿、彈簧、夾緊螺栓、緊固手柄、支撐螺釘和滾花螺母等零件組成。首先由底板與夾板之間的工件固定軸確定半成品工件軸心位置。同時，拉桿頂尖通過滑塊運動，與工件固定軸上等分錐孔配合定位，確定工件鉆孔等分位置。在夾緊半成品工件時，由支撐螺釘和滾花螺母調整限高至半成品工件相同高度，用緊固手柄和夾緊螺栓的螺紋連接，緊固半成品工件。

麻花鉆導向機構由支柱、導柱、導套、緊固螺釘及鉆模組成，先用導柱將導套與鉆模固定在支柱上，確定Z軸位置，然后用兩個緊固螺釘確定并緊固鉆模中心位置，確定兩個方向位置后，麻花鉆通過鉆模導向孔，對固定在工件固定機構上的半成品工件進行定位鉆孔。導向機構可針對工件加工孔徑大小不同，對鉆模進行更換，從而使不同孔徑要求的工件能在同一夾具上進行加工，無須頻繁更換整套夾具，從而提高加工效率，降低加工成本。

2 夾具設計工藝分析

2.1 外形設計

該夾具便于與鉆床固定，整體以輕便為主。一端設計手持式拿取結構，既控制夾具總質量，又便于操作人員搬運使用[2-3]。

2.2 底板設計

根據便于搬運的需求，一端設計成手持外形結構，減輕底板質量的同時，便于整個夾具拿取。為了便于與鉆床固定，夾具兩側設計了兩個U形槽，尺寸適用于鉆床臺面的腰槽，裝夾時可利用T形螺母、螺栓和六角螺母對夾具與鉆床臺面進行連接固定。同時，設計了與拉桿、滑塊連接裝配對應的槽，結合滑塊、拉桿、彈簧對工件固定軸進行六等分定位，作用于半成品工件的六等分鉆孔。

2.3 半成品工件裝夾固定設計

根據現有半成品工件的高度，結合考慮后期通用性，可能會有不同高度的工件需要加工，在設計夾緊方式時，使用開放式夾緊，以面與面平行的狀態夾緊半成品工件，并且能保證快裝、快卸、快換等，提高加工效率。

2.4 半成品工件六等分孔位定位設計

半成品六個等分孔的圓周等分位在控制孔位精度的同時，可以保證加工方便快捷。設計時，在工件固定軸的徑向設置6個等分錐孔，通過底板上的槽與拉桿、滑塊配合，以拉桿頂尖與錐孔相抵，確定半成品工件六等分孔位，這個設計有快速轉位、定位與固定的優點。設計時，根據鉆模導向孔孔位中心、工件固定軸中心以及底板配合孔中心，結合計算軸心距與鉆模導向孔中心位置，確定各孔具體尺寸位置，這個過程依托UG軟件編程計算出圖。半成品工件與工件固定軸的定位功能是指在工件固定軸臺階面上根據鉆孔孔位與初始孔孔位的關系，設計一個定位銷與之配合定位[4]。

2.5 導套設計

根據任務需求，有兩個規格的孔需要鉆削加工，為了便于鉆模更換，對鉆模配制了導套。導套設計時，一方面考慮裝夾定位方便;另一方面，在加工過程中，鉆模不涉及抗壓問題。所以，將材料選為拉伸強度、屈服強度及可延展性都較好的鋁材。

3 核心件加工工藝分析

3.1 底板加工工藝

在加工底板時，考慮到加工條件限制，只能在普通銑床上加工，所以工藝相對煩瑣。但夾具外形對精度的要求較低，加工難度適中，主要難點在于外形45°角度銑削以及與拉桿、滑塊相配的兩個槽銑削。加工前，應做好準備工作，槽位應利用3D萬向尋邊器尋Ф22H7孔中心位置，確保槽的中心線與孔的中心成45°夾角。加工完畢的槽寬與滑塊成間隙配合，槽深尺寸應比滑塊高度大，避免裝配后無法滑動。底板加工樣圖參考底板主視圖和A向視圖，如圖2、圖3所示。

3.2 工件固定軸加工工藝

工件固定軸加工時，應注意六等分錐孔位置的準確性，錐孔軸向尺寸應與裝配后的拉桿頂尖中心位置相等，確保拉桿頂尖能準確定位錐孔孔位。六等分的孔位在車削工藝結束后，利用分度頭在銑床上進行六等分鉆孔加工，加工時，注意每個孔的深度應一致，并且確保分度頭等分計算準確，計算時采用分度頭單分度計算公式。加工樣圖參考工件固定軸主視圖和工件固定軸剖視圖，如圖4、圖5所示[5]。

3.3 加工注意點

加工底板時，底板與拉桿、滑塊配合的槽應確保槽深、槽寬均與滑塊的厚、寬成間隙配合，避免裝配后滑塊無法在槽內滑動，影響使用功能。麻花鉆導向機構中，鉆模導向孔的中心位置加工時，應注意與半成品工件六等分孔的定位尺寸相對應。為避免孔間距偏大或偏小，可在完成第一個半成品件后，進行檢測與微調。基于前期的尺寸設計與模擬，該尺寸誤差可控制在六等分孔位的要求公差范圍內。

4 結語

這套快速定位裝夾鉆孔夾具是根據半成品工件的加工需求，專門設計加工而成的，其最終目的是保證工件精度的同時，提高加工效率，降低人工成本。在使用過程中，半成品工件實現了快速定位、裝夾及拆卸更換，快速確定等分孔孔位等目的，并且快速轉換的鉆模可根據不同孔徑的鉆孔需求，完成不同加工任務。本夾具設計最終保證了半成品工件的孔位精度，確保了加工效率，使得企業順利在交貨期內交貨，且具有一定的通用性，值得推廣。

參考文獻：

[1]萬宏強，王垠衡，余成林.自動化夾具綜合實驗臺在實驗教學中的應用[J].內燃機與配件，2021（10）：223-224.

[2]霍天樞，潘鳴宇.一種新型單向可調節夾具的設計與開發[J].機械工程師，2021（10）：1-2.

[3]張武，徐連江.經濟型數控車床自動鉆孔夾具設計與實現[J].中國現代教育裝備，2017（10）：8-10.

[4]唐彬，陳玲.自動鉆孔工裝設計[J].機械工程師，2021（10）：161-162.

[5]王子鵬，王閏.鉆床夾具的設計與研究[J].科技創新與應用，2017（3）：147.

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