连杆零件钻孔夹具的设计

摘要：本文主要述说连杆零件在批量钻孔加工时，避免人工划线，打样冲眼而造成的人为误差，在确保工件尺寸精度的前提下，通过使用钻模夹具来达到提高产品质量，降低劳动成本，提高工作效率的目的。

关键词：夹具设计；定位；钻模

2009年，我校实习车间接到了某机械厂的一批连杆零件加工业务(850件连杆)。加工工艺路线制定后，由我负责对该零件的钻孔，为保证加工精度和质量，提高生产效率，降低生产成本，根据我厂当时的加工条件，本人设计了一套该零件钻孔的夹具，下面谈谈该夹具的构思及设计。

1 分析零件的加工工艺，明确设计要求

图1为连杆零件的工作图，需要设计用于摇臂钻床上加工φ16H7和φ26H7两孔的钻床夹具。由于工件的结构不规整，呈阶梯状，φ16H7处刚性相对较弱，而加工两孔的精度及表面粗糙度较高，且φ26H7为深孔，其工艺过程可分为钻、铣削、扩孔、粗铰、精铰五个工步，钻削尤为重要，需设计一套夹具来保证工件的加工精度。

根据图1所知：

a) 待加工孔φ26H7和已加工过的孔φ12H8的距离尺寸为98±0.5mm；

b) 两待加工孔的中心距为

c) 孔φ26H7与端面A垂直度公差为：0.1；

d) 待加工两孔的平行度公差0.16；

e) 孔壁粗糙度Ra1.6。

由上可知待加工两孔间的中心距精度不高，但工件呈阶梯状，加工时会产生受力不均匀现象，而且要保证孔φ26H7与端面A的垂直度，孔φ16H7与孔φ26H7的轴向平行度及孔壁的粗糙度。

2 确定夹具结构方案，绘制夹具总图

2.1 确定定位方案和定位元件

如图1所示，φ16H7和φ26H7为通孔，Z方向的自由度可不予限制。但实际上以工件的端面定位时，必需限制该方向的自由度，因此必须按完全定位来设计夹具，遵守基准重合原则，以达到加工目的。

因工件为阶梯状，所以加工时受力不均匀，考虑如下定位：以已加工过的端面为基准，销孔φ12H8和φ26H7的外廓半圆周定位。但在钻削孔φ16H7时，工件臂部处于悬空状态，需要设置相应的辅助支撑。如果采用固定支承，会产生过定位现象，因此采用螺杆连接可适当调整的调节板做为辅助支承。

为实现上述定位方案，所使用的定位元件确定如下：如图2（a）所示用夹具平面，定位销，活动式V形块实现工件的定位。

如图2（b）所示，定位装置装在衬套中的定位销4，衬套5和活动V形块6，在工件的平面B之下，设置调节板块作支承3。

2.2 确定夹紧方式和设计夹紧机构（图2（b））

由于活动式V形块6中弹簧力的作用，使工件沿X方向被压紧在定位销4上，此两定位元件共同承受钻削时的切削扭矩，因此，只需要对工件施加向下压的夹紧力。方便于操作和提高效率，采用支承点在中央的螺钉和压板，力的作用点落在靠近加工孔φ26H7的上。在钻削孔φ16H7时，由于孔径较小，钻削扭矩和轴向力较小，且已有调节板块作支承，受轴向切削力，故可不另施加夹紧力。

1、2—钻模套3—调节板块4—定位销 5—衬套 6—活动V形块

2.3 钻模套、钻模板及总体结构设计

由于加工孔需要依次进行钻、扩、铰的加工，故钻模套选用快换式的，其钻模套内径与公差带这样确定，钻模套的结构尺寸在标准中已有规定，参照国标确定，但钻模套的内径及公差带的确定要自行设计。因为钻模套与刀具间的配合间隙大小，直接影响被加工孔的位置精度，因此，应根据钻模套所引导的刀具种类和被加工孔的精度要求按照以下方法确定钻模套的内径与公差带。

a) 钻模套内径的基本尺寸等于钻头的最大极限尺寸；

b) 因为由钻模套引导的刀具，都是标准的钻头，扩孔钻、铰刀这一类定尺寸的刀具，所以钻模套内径与刀具的配合，按基轴制来选定。

c) 钻模套内径与刀具钻头之间，保证有一定的配合间隙，以防止两者发生咬死现象。根据所引导刀具的种类和工件孔加工精度要求来选取钻模套的公差带，钻孔和扩孔时选用F7，粗铰时选用G7，精铰时选用G6。

d) 由于标准钻头的最大尺寸都是所加工孔的基本尺寸，故钻头的钻模套内径就必须按孔的基本尺寸取公差带为F7。

e) 衬套的基本尺寸按标准选，它是压入底板内，其外圆与钻模板的配合取H7/N6。

两待加工孔的中心相距（相距197.75）较远，钻孔精度高，故采用固定式的钻模板，并选用较厚的材料，钻模板通过支架与夹具体连接在一起，它们之间采用圆锥销定位和螺钉加以固定。

f) 设计夹具体，完成夹具总图

上述各种元件的结构和布置，基本上决定了夹具体和夹具整体结构的形式，如图3所示，夹具形成框式结构，刚性比较好。

1、夹具体2、活动V形块3、钻模板4、钻模套5、压板块 6、紧固螺钉7、螺钉 8、调节板 9、定位销 10、底板 11、衬套 12、弹簧

3 确定夹具总图上的技术要求

由于目前在误差分析计算方面的资料还不完善，故一般多凭经验估算或根据已有经验数据来确定夹具技术要求的允许值（简称夹具公差），在确定时，夹具公差直接与加工尺寸公差有关，一般可按以下三种原则估算夹具公差（以δj表示）：其一，夹具上的线性尺寸和角度公差δj=（l/2～l/5）δk；其二，夹具上工作面的相互位置公差δj=（l/2～l/3）δk；其三，当加工尺寸为自由尺寸时，夹具公差取为±0.01mm，加工表面没有提出相互位置要求时，夹具上的制造公差不超过（0.02～0.05）mm。

3.1 夹具外形的最大轮廓尺寸，钻模套内径尺寸及公差，定位元件之间的联系尺寸等（如图3所示）。

3.2 钻模的主要技术条件：

a)两钻模套相距197.75±0.08；钻模套与定位销相距100±0.01；

b) 两钻模套轴线平行度公差0.03；

c)钻模套轴线与定位平面垂直度：0.03；d) 定位件平面与底面平行度为：0.02；

d) 定位元件、定位销、衬套、活动V形块的轴线在同一平面上。

4 总结

依靠以上夹具加工该批工件，通过形位公差的检验，有5件不符合要求，合格率在99%以上，节省时间198小时（每件14分钟计），确保了产品质量较大的提高了工作效率及降低生产成本达到了最初目的，但整个钻模夹具使用过程中，在钻铰加工到300件左右时，发现钻模套内径有0.01mm的磨损，虽然这种现象在金属加工中无法避免，但也值得我们去思考。

参考文献:

[1] 《机床夹具设计》 蔡光耀主编机械工业出版社 1998年4月

[2] 《机械制造与夹具设计指导》 姜鲁奎主编中国劳动出版社1988年6月

[3] 《公差配合与技术测量》 胡荆生主编中国劳动社会保障出版社