劉世才

（廣東省南方高級技工學(xué)校，廣東韶關(guān)512000）

連接桿鉆孔夾具設(shè)計

劉世才

（廣東省南方高級技工學(xué)校，廣東韶關(guān)512000）

針對在鉆床上加工連接桿的孔，根據(jù)連接桿零件的結(jié)構(gòu)特點，重點分析了其在加工過程中的定位，為保證加工精度和效率，設(shè)計了一套針對連接桿φ8孔加工的專用鉆孔夾具。

連接桿；工藝路線；夾具設(shè)計；精度分析

1 連接桿結(jié)構(gòu)工藝分析

如圖1所示連接桿材料為HT200，硬度為140HB，產(chǎn)量為每月1000件。從圖1中可以看出φ8+0.030孔的表面粗糙度要求為Ra3.2，孔的位置精度均要求在±0.05之內(nèi)。由于連接桿的生產(chǎn)具有一定的批量，加工時若采用通用的機(jī)用虎鉗裝夾，影響工作效率且難以保證精度。為兼顧零件的質(zhì)量和效率，設(shè)計了一套專用夾具來輔助加工φ8+0.030孔。

圖1 連接桿

從圖1中分析可知，待加工孔的位置精度為22.5± 0.05和10±0.05，通過分析，要達(dá)到圖紙要求，工藝過程中可先用φ7.8的鉆頭鉆孔，然后用φ8的鉸刀鉸孔，計兩個工步完成加工。

2 確定工藝路線

為使待加工孔滿足圖樣要求，確定該零件的加工工藝路線如表1。

表1 連接桿加工工藝路線

3 夾具設(shè)計

3.1 確定定位方案及定位元件

3.1.1 定位方案

如圖2、圖3所示，采用一面兩銷的定位方式，以φ40大端面、φ10孔、φ25孔作為定位基準(zhǔn)。為防止過定位，φ25孔采用短圓柱銷定位，φ10孔采用菱形銷定位。

圖2 方案1

圖3 方案2

以上兩種方案均能實現(xiàn)零件的完全定位，但方案1中M10孔端面為粗基準(zhǔn)，精度較低，同時鉆孔產(chǎn)生的軸向力完全由圓柱銷承受，影響孔的加工精度。綜合考慮本設(shè)計采用方案2。

3.1.2 確定定位元件

1）確定圓柱銷直徑及公差。

根據(jù)定位方案以φ25孔作為定位基準(zhǔn)，由于孔不大，所以采用圓柱銷作為定位元件。圓柱銷直徑的基本尺寸（最大尺寸）是該定位孔的最小極限尺寸。查固定圓柱銷表選定圓柱銷代號為A25F7×14JB/T8014.2-1999。

2）確定菱形銷尺寸。

（1）確定兩銷的中心距及公差。由于工件上孔距 LD=50+0.02=50± 0.01，兩銷距誤差δLd=δLD/ 3=0.02/3=0.007（式中δLD為工件上兩基準(zhǔn)孔的孔距公差），所以兩銷中心距為50±0.007 mm。

（2）設(shè)計菱形銷。如圖4，根據(jù)工件上與菱形銷配合的孔徑查相關(guān)手冊得菱形銷b=4。

圖4

補(bǔ)償量a=（δLd+δLD）/2=（0.02+0.007）/2=0.013 5。

菱形銷定位的最小間隙X=2ab/D2=（2×0.013 5×4）/ 10=0.010 8。式中D2為工件上與菱形銷配合孔的孔徑。

菱形銷直徑尺寸d2=D2-X=10-0.010 8=9.989 2≈9.99。

查相關(guān)手冊，選定菱形銷的代號為：B9.99h6×14 JB/

T8014.2-1999。

3.2 夾緊方案及夾

緊力的計算

3.2.1 夾緊方案

圖5

根據(jù)夾緊力應(yīng)朝向主要主要定位基準(zhǔn)，并使其作用點落在工件剛性較好的部位之原則，可采用如圖5所示的夾緊機(jī)構(gòu)使夾緊力F垂直作用在φ40小端面上，以平衡鉆削時的切向力。鉆孔時的軸向力即進(jìn)給力則由輔助支撐來平衡。

3.2.2 切削力和夾緊力的計算

（1）切削力計算。鉆孔選用高速鋼直柄標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆，直徑D=7.8 mm，f=0.16 mm/r，n=500 r/min時扭矩M和軸向力F的計算如下：

式中：D為鉆頭直徑，f為進(jìn)給量，HB為工件的布氏硬度，Cm、Cr、xm、ym、xf、yf為系數(shù)。

查表得Cm=0.1987，Cr=591.234，xm=1.9，ym=0.8，xf=1.0，yf=0.8。已知HB=140，將已知量代入上式計算得M≈2N·m，F(xiàn)=930 N。

（2）夾緊力的計算。根據(jù)夾緊方案鉆孔產(chǎn)生的軸向力由輔助支撐平衡，快速夾緊裝置主要用于平衡切向力即F夾= F切，F(xiàn)切D/2000=M，得F夾=F切=2000M/7.8=2000×2/7.8=512N。

3.3 導(dǎo)向元件及夾具體設(shè)計

3.3.1 確定導(dǎo)向元件

本工序孔加工的精度要求較高，考慮生產(chǎn)效率和生產(chǎn)精度，采用一次裝夾完成鉆、鉸2個工步的加工，并選用相對應(yīng)的快換鉆套做導(dǎo)向元件。其內(nèi)外徑配合公差和結(jié)構(gòu)尺寸按相關(guān)國標(biāo)設(shè)計。為保證10±0.05、22.5±0.05尺寸，鉆模板上的鉆套座孔的位置，要嚴(yán)格按工件的公差要求。因鉆模板與夾具體是兩件，通過螺釘和銷釘固定在夾具體上。查相關(guān)手冊選定鉆套為7.8F7×12k6JB/T8045.3-1999和8E7×12k6 JB/T8045.3-1999。

3.3.2 設(shè)計夾具體

夾具體的設(shè)計應(yīng)通盤考慮，使上述各部分通過夾具體能夠有機(jī)地聯(lián)系起來，形成一個整體，同時考慮方便安裝工件。鉆模板和夾具體想用銷釘定位然后用螺釘連接。另外被加工φ8孔精度為H8，深度為15 mm，為使鉆孔過程順利排屑，取排屑高度為1.5D=1.5×8=12 mm，設(shè)計夾具體高度時要充分考慮排屑空間。夾具體的具體結(jié)構(gòu)見相關(guān)圖樣。

4 夾具誤差校核

4.1 影響22.5±0.05精度的各項誤差分析

1）基準(zhǔn)不重合誤差△1。

由于22.5±0.05尺寸的設(shè)計基準(zhǔn)為M10孔端面，根據(jù)定位方案，定位基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)不重合，因此存在基準(zhǔn)不重合誤差△1＝0.02。

2）快換鉆套與刀具之間的間隙△2。

該誤差會引起鉆頭位置的偏移，偏移量的大小不僅

與鉆套有關(guān)，還與鉆頭的尺寸有關(guān)。查相關(guān)手冊得φ7.8鉆頭、φ8鉸刀的制造偏差為φ7.80-0.02和 φ8+0.012+0.006；而快換鉆套內(nèi)徑為7.8+0.028+0.013，外徑均為12-0.006-0.017。這樣刀具與導(dǎo)向零件之間的最大間隙為△2＝0.028-（－0.002）＝0.03。

3）快換鉆套與襯套之間的間隙△3。

快換鉆套外徑均φ12-0.006-0.017，而襯套內(nèi)孔尺寸為φ12+0.0180，則△3＝0.018+0.017=0.035。

4）由定位產(chǎn)生的平行度誤差而引起孔位偏移△4。

如圖6所示，當(dāng)零件小孔（φ10）和圓柱銷的實際尺寸為最小極限尺寸時，大孔（φ25）和菱形銷的實際尺寸為最大極限尺寸時，工件上兩孔的連線轉(zhuǎn)了一個α角度，且此時α角最大。這個角度的產(chǎn)生將會使φ8孔所在平面傾斜一個相應(yīng)的α角，如圖7所示。

圖6

圖7

式中，δ1為φ10孔的公差，δ2為φ25孔的公差，δ3為圓柱銷的公差，δ4為菱形銷的公差。

將tanα=0.000 8代入式（1），得△4=BC=40×0.000 8= 0.032。

圖8

4.2 影響10±0.05精度的各項誤差分析

1）快換鉆套與刀具之間的間隙△2。由前面計算可知，△2=0.03。

2）快換鉆套與襯套之間的間隙△3。由前面計算可知△3=0.035。

3）圓柱銷軸線與夾具底平面的平行度△5。由圖樣可知，△5=0.02。

4）夾具上支撐面與夾具底平面的垂直度△6。由圖樣可知，△6=0.02。

5）鉆套安裝孔位置公差△7設(shè)計。取△7=0.02，采用疊加法計算總誤差，代入已知量得∑△≈0.06＜0.1，滿足要求。

5 夾具操作

1）如圖8，將工件φ25孔插入端圓柱銷11，將φ10孔插入菱形銷16，并使φ25孔大端面貼緊定位支撐板；2）推動快速夾緊桿2；3）逆時針旋轉(zhuǎn)快速夾緊桿2，將工件夾緊；4）轉(zhuǎn)動六角螺母12，使螺母上表面與工件R22.5圓弧面接觸；5）轉(zhuǎn)動輔助支撐釘13，將螺母12鎖緊；6）孔加工（期間根據(jù)工步更換相應(yīng)的鉆套）；7）旋轉(zhuǎn)輔助支撐釘13和螺母12復(fù)位；8）順時針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)快速夾緊桿2，將工件松開；9）拉動快速夾緊桿2至合適位置放入下一工件。

6 結(jié)語

通過對夾具工作精度的分析計算，該夾具能穩(wěn)定可靠地保證工件的加工技術(shù)要求，且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。在應(yīng)用中，極大地提高了生產(chǎn)效率，而且產(chǎn)品的同一性高，該夾具的使用，確保了該產(chǎn)品保質(zhì)保量按期完成。

［1］ 朱耀祥，浦林祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［3］ 盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)［M］.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［4］ 王光斗，王春福.機(jī)床夾具設(shè)計手冊［M］.3版.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

［5］ 周開勤.機(jī)械零件手冊［M］.5版.北京：高等教育出版社出版，2001.

［6］ 中國石油物資裝備總公司.常用金屬材料切削手冊［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1995.

［7］ 吳拓，鄖建國.機(jī)械制造工程［M］.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

（編輯啟 迪）

TG 751

B

1002－2333（2014）05－0219－03

劉世才（1983—），男，教師，主要從事機(jī)械專業(yè)相關(guān)課程理論教學(xué)及數(shù)控銑、鉗工和電切削加工實習(xí)教學(xué)工作。

2014-01-21