工藝：四軸孔加工案例

一往冇前

在機械加工中，使用普通鉆床或數控鉆銑床加工位置精度要求較高的斜孔很難達到需求。隨著數控機床技術的飛速發展，特別是多軸數控機床的出現，加工斜孔在多軸數控機床上得以實現，如當時三軸加工中心的面世就解決了很多生產上的難題，“加工難，精度低，勞動強度大”已成為過去。

為了適應市場多樣性的需求，供應商被要求生產不同類型的非標產品且量大精度高，以往的機床設備都無法滿足。而三軸加工中心只具有對工件的頂面進行切削加工的功能，若遇形狀較復雜的加工件要在加工中獲得成型，則要進行多次裝夾加工，如加工圓孔座板斜孔就相對麻煩，且產品合格率不高。

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加工圓孔座板斜孔的案例

有約2000個舊圓孔座板，因設計改造，需要在圓孔外周鉆準6mm斜孔（圖1）。分析圖紙得知需要加工部位的精度要求和加工數量，如果使用鉆銑床加工，該設備主軸無法擺成一定的角度，加工精度也很難達到產品的需求。分析之后，這個零件更合適在四軸加工中心上加工，加工效率更高，需要設計一個專用夾具。

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圖1 圓孔座板零件圖

這里主要推薦一款應用四軸加工圓孔座板的新型夾具。

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圓孔座板的斜孔加工工藝制定

一、圓孔座板的斜孔加工工藝分析

（1）待加工孔中心軸與對稱孔中心軸成60°±0.1°，而且孔中心軸線經過準20mm通孔的圓心，加工公差只有±0.1° 。

（2）同一側孔的中心距為15±0.02mm，孔的尺寸公差是H7（圖2）。

圖2 局部加工圖

二、加工工藝制定

該工件需要加工的部位為孔加工，且該孔的尺寸精度和位置精度要求高，所以工藝規程中分鉆、鉸兩個工序。由于需要加工孔的中心軸線不在同一個平面，完成一側的孔加工后需要轉動60°再加工另一側的孔，需要夾具有可轉動的功能。

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圓孔座板的斜孔加工夾具設計

一、夾具的設計原理

（1）設計一套夾具在四軸加工中心上加工，使該夾具可以隨著四軸加工中心的第四軸轉動，帶動產品也轉動一定的角度，使準6mm孔鉆頭不用擺角度就可以分別鉆準6mm孔與另外一邊的準6mm孔，這樣就可以實現一次裝夾完成所有孔的加工。

（2）為了保證準6mm孔的位置精度和尺寸精度，加工工件的旋轉中心必須是準20±0.01mm通孔的圓心。也就是說，此夾具要滿足加工工件、夾具和機床的第四軸旋轉中心必須同心這個條件。

二、夾具定位元件的確定

（1）芯棒。將該產品準20±0.01mm通孔置于芯棒上，可消除產品Z、Y方向的移動和轉動以及X軸的移動五個自由度。

（2）水平擋塊。通過輔助側板固定在產品底部，可消除產品繞X軸的轉動。

夾具定位元件如圖3所示。

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圖3 定位元件

三、夾緊方案及夾緊裝置的設計

根據夾緊力應朝向主要定位基準，并使其作用點落在被加工產品剛性較好的部位的原則，可選用快速螺旋壓板機構（圖4），使夾緊力作用在產品準20±0.01 mm通孔的左端面上。

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圖4 夾緊機構

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四、夾具剛性分析與誤差分析

（1）夾具的主要元件是芯棒，是承受大部分切削力的部件，而芯棒的直徑只有準20mm，在加工的過程中會發生震動，影響產品加工部位的位置精度。為了避免發生震動這種情況的出現，可以在夾具的左側增加頂針來提高夾具的剛性，夾具采用一夾一頂的方式裝夾。

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圖5 剛性分析圖

（2）夾具在定位產品時，水平擋板可能與產品之間有間隙，產品裝夾的角度誤差不影響產品的加工誤差。當產品以準20mm通孔的圓心為旋轉中心旋轉0.1°時，產品底部的間隙是0.07mm，輔助側板準20mm通孔的圓心到底面的設計尺寸為（30±0.05）mm，這個夾具可以滿足產品的加工需求。

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圖6 誤差分析圖

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五、夾具設計優化

產品在本夾具裝夾需要加工的部位是通孔，為了避免孔加工時對芯棒產生切削力，影響加工精度，可以在芯軸上增加兩條避空槽，在加工時避開芯棒。

圖7 避空槽圖

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六、產品的定位與夾緊

（1）產品是采用芯棒夾具進行裝夾的，安裝好夾具校正芯棒的中心軸線與機床旋轉軸中心軸線同軸后，從夾具左邊把產品套進去，產品∅20的通孔與芯棒∅20的外圓配合，碰到∅30外圓的左端面停下，就限制了產品五個自由度（沿X、Y、Z軸的移動和繞Y、Z軸的轉動），也保證了產品的旋轉中心軸線與夾具的旋轉中心軸線同軸。

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圖8 產品在芯棒定位圖

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（2）鎖緊底板底部螺絲保證產品的水平位置，同時也限制了產品繞X軸旋轉的自由度。

（3）應用夾緊裝置對產品進行壓緊，完成對產品的裝夾。

圖9 產品夾緊效果圖

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這套設計出的新型夾具加工精度要求和生產成本較低，易制作，在中、小批量的生產中，生產成本基本上可以忽略不計，使用此套夾具進行零件生產，可以對加工工藝進行優化，零件從二次裝夾減少到一次裝夾，節省了裝夾輔助時間，更好地保證了加工零件的尺寸精度，提高了加工效率，因為加裝了開口墊片，裝拆產品時不需把夾緊機構全拆下來，只需擰松螺絲把開口墊片取下就可以對工件進行裝拆，也降低了生產操作者的勞動強度和上手難度。

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沒毛病