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【摘要】本文通過對某型汽車保險桿骨架橫梁孔系加工工藝分析，確定切削三要素，選用合適鉆削動力頭，設計專用夾具，簡化鉆孔加工工藝，提高生產效率。

【關鍵詞】孔系加工；鉆削；加工工藝

孔加工，傳統工藝需要經過劃線、打點、鉆孔這三道工序，操作雖然簡單，但是費時，生產效率不高。尤其是多孔分布的零件，不利于批量加工。目前，對于孔系零件批量加工，一是設計專用鉆孔夾具，俗稱鉆模，利用普通鉆床（臺鉆、搖臂鉆等）進行加工，由于靠人工操作鉆孔，依賴于工人的操作技能熟練程度，故適用于孔系精度要求不高的零件；二是設計專用夾具，利用數控設備（數銑、加工中心等）進行加工，這樣既可以保證精度又可以提高效率。不足為數控設備昂貴，增加加工成本。對于一些精度要求不高孔系零件，根據其孔系分布特點，設計一款專業鉆孔設備勢在必行。

1零件工藝分析

如圖1所示某型汽車保險桿骨架橫梁零件圖，所用材料為20鋼，規格：30×30×2方鋼，其上分布3個孔，其中2個φ10、1個φ9，公差±0.5、±1，精度要求不高，大批量生產。目前采用傳統工藝：劃線、打眼、鉆孔，需要3名工人，而且效率不高，約2min/件。為了提高效率和減低成本，考慮設計一臺專用鉆床進行孔加工。

2鉆床總體方案設計

根據零件孔的分布形式，設計一臺專用鉆床，包括鉆削動力裝置設計、支撐定位裝置設計、夾緊裝置設計等，如圖2所示。

3鉆削動力頭選擇

3.1選擇鉆頭。（1）材料性能分析20鋼，起抗拉強度為412MPa，屈服強度為245MPa，伸長率為25%，收縮率為55%，硬度為156HB。（2）鉆頭選擇根據工件材料性能，刀具選用高速鋼麻花鉆頭，其直徑為φ9mm、φ10mm。

3.2鉆削主要技術參數。3.2.1切削用量的計算在對機床進行設計時，需要確定刀具的耐用度、工藝系統剛度以及機床功率以及加工精度和表面粗糙度，從而能夠確定合適的切削用量。（1）ap背吃刀量ap=d02式中，do為鉆頭直徑，單位為mm；根據切削用量的基本原則，選擇大直徑作為鉆削用量，故d0為10mm。ap=d02=5mm（2）進給量f當加工要求為H12-H13精度，20鋼的強度σb=412＜800MPa，d0=10mm時，f可取0.25～0.31。查閱文獻，取孔的修正系數Kf=0.9，則f=（0.25-0.31）×0.9mm/r=0.0225-0.279mm/r鉆削σb=412MPa，d0=10mm的20鋼，標準麻花鉆頭強度允許的進給量f為0.93mm/r，綜合考慮，取進給量f=0.26mm/r。（3）Vc切削速度當f=0.26mm/r，標準鉆頭d0=10mm時，Vt=17m/min。切削速度的修正系數KT=1.0，Kc=1.0，Kl=0.85，Kt=1.0，故Vc=Vt×Kv=17×1.0×1.0×1.0×0.85m/min=14.45m/min（4）n主軸轉速由公式Vc=πnd01000，得n=1000vcπd0=1000×14.45π×10=460.2r/min3.2.2切削力、扭矩及功率計算軸向力切削力Ff、切削扭矩MC和切削功率Pc的計算公式如下:軸向切削力：Ff=CFdZF0fyFKF扭矩：Mc=CMdzM0fyMKM功率：Pc=Mc30d0Vc查閱文獻,20鋼,選擇CF=600,ZF=1.0,YF=0.7，KF=0.88，CM=0.305，ZM=2.0，yM=0.8，KM=0.88。根據以上計算所得：d0=10mm，f=0.26mm/r，VC=14.45m/min，由此進行計算可得:軸向力:Ff=CFdZF0fyFKF=600×101×0.260.7×0.88=2056.44N切削扭矩：Mc=CMdzM0fyMKM=0.305×102×0.260.8×0.88=9.14N/m功率:Pc=Mc30d0Vc=9.1430×10×0.24=0.44kw3.2.3動力頭的選擇綜上所述，根據主軸轉速，軸向力，扭矩，功率以及切削行程的數據選擇型號為SD4-921370的動力頭。其鉆夾頭規格為13mm，空載轉速700r/min，全行程為100mm，切削進給行程為0-40mm，功率0.75kw，進給推力1.8KN，符合鉆削要求。其結構如圖3所示。

4夾具設計

機床夾具主要是起到定位、夾緊和導向的作用，保證零件在加工過程中不會發生移位等現象。

4.1定位。根據零件圖樣可知，:兩個φ10的孔，一個φ9的孔的設計基準都是工件的中心軸線；定位基準為底面和前側面；調刀基準為鉆套的中心軸線。如圖4所示，為保證加工零件的精度，采取完全定位和輔助定位。下圖中2，4，6三個支撐座相當于不在同一直線上的三個支撐點，形成一個面，限制X方向旋轉、Y方向旋轉和Z方向移動三個自由度。前端擋塊1限制Y方向移動自由度，前后導向塊1，7限制了X方向移動和Z方向旋轉兩個自由度。中間導向套5不限制自由度，是為了中間的孔在加工時的精度準確，起輔助作用。支撐座結構如圖5所示，其中包括定位塊、導向塊。

4.2夾緊。為了保證加工質量，使工件在加工中不因切削受力等因素發生振動和偏移，設計夾緊裝置，如圖6所示，氣缸作為力源裝置，活塞桿為中間傳力機構，鏈接桿為夾緊元件。當氣缸伸出時，活塞桿向上推鉸鏈桿，鉸鏈桿另一頭的夾緊元件就向下壓，把工件夾緊。4.3夾緊力計算為保證安全和加工質量，需要計算夾緊力，從圖4夾具總體設計圖，可知：夾緊力的方向是垂直地面豎直向下，切削力為水平方向，其受力情況如圖7所示。根據公式F實際=K×F，其中K為安全系數，取K=1.3。鉆孔時，工件受到切削力矩M的作用，M將使工件產生回轉，令工件夾緊時與定位表面處的摩擦因數為f，摩擦力臂為r，則可列出方程為M=Fwfr已知Mc=9.14N/m，f=0.20，r=100mm，得Fw=Mcfr=9.140.2×0.1=457NF實際=Fw×K=457×1.3=594.1N4.4氣缸選擇根據杠桿原理，如圖9所示，杠桿L1=100mm，L2=100mm，兩值比為1，所以最小缸推力為F推=F實際=594.1N根據實際，考慮氣缸負載率，參考表1氣缸負載率，此氣缸只起夾緊作用，故取ηm=0.80，計算氣壓缸各階段中的總負載F′和氣壓缸推力F推。則總負載F′F′=F推/ηm=594.1/0.80=742.625N按最大負載F′計算缸筒面積A=F/P，P為工作壓力,取0.6Mpa。故：A=742.625/0.6×106=1237.71×10-6m2缸筒內徑：D=4Aπ=4×1237.71×10-63.14=0.0397m，D取40mm。綜上所述，選取MCKA40系列氣缸。

5總結

此外，還包括電氣控制柜設計、防護裝置設計、基板設計、移動裝置設計、鉆套設計等，樣機如圖8所示，結合數控加工技術，擬定孔加工數控加工工藝，利用鉆套精準鉆削定位，把傳統孔加工三道工序：劃線、打眼、鉆孔整合為鉆孔一道工序，節省劃線、打眼工序。從經濟效益方面來說，傳統工藝需要3位工人的流水作業，本設備只需1位工人即可滿足，甚至可以1人多機配備，降低勞動力成本；加工時間也由原來的2min/件，提升到現在30S/件，大大提高生產效率。綜上所述，本設備鉆孔定位準確，專用夾具定位、氣動夾緊、鉆削動力自動進給，操作簡易、安全、性能可靠，可以一次裝夾，自動完成圓孔或螺紋孔的多個工位組合加工，自動化程度較高，可以節省人力、財力，為企業創造更大的利潤，具有一定借鑒價值。

作者:林祖正 農萬華 劉長彬 韋洪喜 單位:柳州工學院