斜孔加工的夹具设计

汉川数控机床股份公司（陕西 汉中 723003）张雎军

平面上的斜孔有两种情况：①在斜面上钻孔。②在平面上钻斜孔。它们有一个共同的特点，即孔的中心与钻孔端面不垂直。这在没有工装保证的情况下，就成了较困难的问题。

一、斜孔加工存在的主要问题

（1）钻头开始接触工件时，单面受力，作用在钻头切削刃上的径向力必然会把钻头推向一边，致使钻头偏斜、滑移而钻不进工件。

（2）钻孔中心容易滑离所要求的位置，钻出的孔难以保证要求。

（3）孔口往往被刮烂，破坏了孔端面的平整。

（4）钻头容易崩刃或折断。

钻斜孔常用的方法有以下几种：①将钻头回转中心与工件钻孔中心校正。②在不改变工件位置的前提下，用校冲在钻孔中心再打一个较大的中心眼。③在钻孔位置上用錾子錾出一个小平面（定心窝），使钻头的切削刃不受斜面的影响而滑离原位置，然后钻孔。

以上采用的加工方法，严重制约工件的批量化生产，产品的一致性很差。在机床上设计合理的夹具，就会改变这种生产方式，提高加工效率。

二、夹具设计

1.斜面上钻孔夹具

以图1所示零件为例，设计立式加工中心机床使用夹具。

图1

（1）零件分析 该零件斜面与端面夹角为10°，斜面上均布5个φ16mm的孔，孔的中心线与斜面垂直。原加工方式：采用钻床，在分度头上安装三爪夹头，每次夹紧一件产品，钻一个孔后，旋转分度头，再加工下一孔。一次钻孔不能达到产品要求，还必须通过钻孔后再铰孔才能完成。

根据加工中心的特点，设计成多工位夹具，一次安装八个零件，同一个位置的孔加工结束后，再加工下一个孔，满足批量生产及零件一致性的要求，如图2所示。

图 2

（2）零件安装及定位设计 根据这种零件的特点，单个零件安装采用筒夹装夹，容易实现批量生产，筒夹与旋转轴一起旋转，实现各孔的位置要求，零件安装在轴套内，用弹性筒夹夹紧，如图3和图4所示。

图4

单个总成安装在底板上，底板上安装耐磨轴套与旋转轴配合，使旋转轴可手动旋转。旋转定位盘随同旋转轴旋转，通过弹性定位销（插销式结构），与定位盘孔联接，可实现不同孔位的加工要求。

（3）夹具总体设计：夹具的底板上，装有8个装夹总成，可同时安装8个零件，零件通过筒夹装夹并保证可靠的夹持力，单个总成是通过凸轮旋转压紧到底板上，如图5所示。

加工时，底板与底座的夹角旋转成零件的角度，（该角度可以通过插销来调整，满足不同零件的要求。加工的位置与工作台平行，通过数控编程加工8个零件的同位置的孔。加工下个孔时，凸轮旋转松开，手动转动旋转轴，到下个加工位置，自动定位，凸轮锁紧，完成下个孔的加工，如图6所示。

图5

图 6

2.平面上钻斜孔夹具

在平面上钻斜孔有两种情况，一种是孔沿着基准面倾斜，这种孔的加工方式与上面介绍的斜面上加工方式相同。另一种是孔的倾斜中心线与基准面有角度，这种孔加工难度大，需要用夹具来保证，如图7所示。

图7

上述零件上有一个φ5mm的孔，与上表面的夹角45°，与垂直方向的夹角33°41'，是一个空间角度。这种零件用机床直接加工比较困难，要通过夹具来解决加工问题，考虑到工件的重量较重，工件在夹具上装夹要安全方便。

夹具考虑如下方案：在安装时，安装平面为水平状态，产品只需旋转一个方向，就可以水平装入，安装后，通气，气缸活塞杆向后收缩，产品定位板通过固定旋转轴旋转，旋转到固定角度块位置时，气缸还有收缩余量，此时气缸把产品定位板施加力并压紧定位板，此时就可以加工产品。 工件加工完后，气缸伸出，把安装板顶平，平着就可以吊出产品（见图8）。

图8

第一步，工件安装时，产品安装导向块用来限定孔与垂直方向的夹角33°41'，工件安装后，这个角度面与产品的定位板旋转方向一致，工件在定位板上呈斜向装夹。图9为工件安装状态。

图9

第二步，工件加工时，产品定位板在气缸的作用下，向下转45°，这时要加工的孔与机床的主轴平行，可进行加工，如图10所示。

图10

通过以上论述，使用夹具来满足斜孔的加工要求，可以保证加工精度及批量生产的要求，使这类零件的加工变得直接和简单，也让工人的操作变得容易和安全。