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空间角度斜孔钻模的设计计算
2006年2月22日 9:15  来源:中国机电企业网
   1 引言

    在柴油机气缸盖的加工中,经常会遇到空间角度斜孔的加工问题。在单件小批量生产的情况下,我们通常把工件放在坐标镗床上通过调整万能倾斜台的方法,完成斜孔的加工。在批量生产的情况,就需要设计钻模或镗夹具来满足生产的需要。下面以气缸盖电热塞孔钻模为例,对空间角度斜孔钻模的设计思路和计算作一些说明。

    2 加工位置的获得

    工件以底面及2-fd定位。为讨论问题方便起见,我们把孔的轴线抽象为一条一般直线,得到图2所示的空间简图。直线MN即为电热塞孔轴线,O1O3、O2O4分别为两定位销孔轴线。要把MN调整到可加工的正确位置(即把MN调整为铅垂线),工件需经两次旋转(水平旋转和倾斜旋转)。首先,把MN所在平面r沿顺时针旋转a角,记为r''。显然,r''为一侧垂面。然后,在平面r''内,把MN沿逆时针旋转b角,此时,MN变为铅垂线。这样,便得到了加工位置。显然,根据以上分析,我们可以这样认为,只要工件在一倾斜角为b的斜面上沿与水平线成a角的位置放置,就能得到正确的加工位置。
 
    3 夹具的设计与计算

    根据以上分析,我们设计了图3所示的钻模。该钻模为盖板式钻模,采用一面两销定位、螺栓压板夹紧机构夹紧。钻模板19通过转动轴16可在钻模板支承板10中转动,钻模板支承板10通过定位销17、螺钉18固定在立臂15上,立臂15通过定位销和螺钉固定在夹具体1上。众所周知,加工空间角度斜孔时,工件的定位调整、工艺计算比较复杂,极易出错。因此,为方便加工和保证装配精度,装配后钻模板与夹具体进行组合加工。这样,需要在夹具体上加工出2-fd1工艺孔(其轴线与待加工孔轴线重合),作为组合加工时的找正基准孔和对刀工艺孔(见图4)。这样,避免了钻套轴线与定位孔轴线间繁杂的空间计算。问题的关键便转化为夹具体的设计计算。夹具体的设计计算括以下两个方面:

   1.夹具体 2.支承板 3.螺母 4.支柱 5.弹簧 6.压板 7.双头螺柱 8.螺母、锥面垫圈、球面垫圈 9.菱形销 10.钻模板支承板 11.可换钻套 12.钻套螺钉 13.衬套 14.圆形销 15.立臂 16.转动轴 17.定位销 18.螺钉 19.钻模板 20.螺钉

(1)工艺孔和定位销孔之间的位置尺寸L1''、L2''的计算。
(2)为便于工艺孔的加工,还需要计算两工艺孔连线在水平面内的投影角q以及两工艺孔间的距离a在水平面内的投影距离a''。
L1''、L2''的计算
L1''、L2''的计算见图5。双点划线表示支承板,厚度为H。
在DENN''中,NN''=H,∠ENN''=b,
∴EN''=NN''tgb=Htgb
在DEFN''中,∠N''EF=a,
EF=EN''cosa=Htgbcosa,
N''F=EN''sina=Htgbsina
∴L1''=EG=EF+FG=
Htgbcosa+L1
L2''=FF1=N''F1-N''F=L2-Htgbsina
q和a''的计算
q和a''的计算见图6。AB表示两工艺孔在夹具体斜面上的连线,距离为a。DB为AB在水平面内的投影,距离为a''。BC为夹具体斜面与水平面的交线,则∠ABC=a。过AD线作BC的垂面ACD,则∠ACD=b。
在DABC中,∠ABC=a,∠ACB=90°,AC=BCtga
在DACD中,∠ACD=b,∠ADC=90°,DC=ACcosb
在DBCD中,∠BCD=90°
∴tgq=DC/BC=ACcosb/BC=tgacosb,q=arctg(tgacosb)
同样,我们可求得d=arcsin(sinasinb)
∴a''=BD=ABcosd=acosd
    在实际的生产中,空间角度斜孔的倾斜方向可分为四种类型。针对不同的倾斜方向,可以根据以上的思路画出不同的空间简图,推导出不同的计算公式。

    4 结束语

    根据以上思路设计的夹具,避免了其他设计方法的复杂的空间角度换算,得到较好的加工工艺性。该夹具已在生产中得到成功的应用。当空间角度斜孔的精度要求较高时,还可以去掉立臂和钻模板,以2-fd1工艺孔找正,在坐标镗床或加工中心上加工。在空间角度斜孔的加工方面,以上的设计思路和计算方法不失为一种简便可靠的好方法。

 
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