一种高精高效翻转钻削夹具的制作方法

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种高精高效翻转钻削夹具。

背景技术：

调速器是某型号大功率柴油机自动调节油量的机构，其主要功用：

(1)是限制柴油机最高转速，防止发生“飞车”而使轴瓦烧毁或连杆折断等机件损坏故障；

(2)是低速空转时保证柴油机稳定运行。

其中调速器体又是调速机构的关键件，属于铝合金薄壁壳体件，精度高，变形大，特别是调速器体的杠杆安装孔给加工带来了一定难度。

调速器体的杠杆安装孔设计要求见图1，孔径为表面粗糙度ra1.6um，属于中间断开的大长径比深孔，且要求断开的两部分孔径最大实体时同轴度≤0.015mm，整体孔径中心线对工件的轴承孔理论中心基准a垂直度≤0.15mm、对基准平面c的平行度≤0.10mm，孔的外侧两端分别设计了螺纹孔m12×1.5-6h、台阶孔φ12.5mm和φ22mm，台阶孔φ22的端面对φ10孔径中心线的垂直度0.05mm，表面粗糙度ra1.6um。

原加工方案：

采用组合夹具装夹工件，利用设备回转工作台功能，通过回转180°完成两端所有孔的加工。

原加工方案的主要技术缺陷：

(1)是完全依靠设备的工作台回转精度来保证两端孔的同轴度，当工作台转动产生回转误差时，造成了产品加工精度的不稳定性，初步统计同轴度超差达50％；

(2)是组合夹具刚性较差，工件加工过程产生变形，易造成φ10孔中心对轴承孔基准中心线的垂直度超差；

(3)是无法满足批量生产要求。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：研制一种180°可定角度翻转定位的钻削夹具，达到高效、高精孔的加工，满足批量生产要求；同时在分度接盘上扩展发明为0°～360°旋转定位，实现圆周方向上任意角度孔的加工。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高精高效翻转钻削夹具，其包括：带分度孔的接盘1、压紧把手2、可更换钻套3、圆柱定位销4、压紧组件5、端面定位销6、菱形定位销7、端面定位限位板8、转动盘9、旋转支座10；其中，旋转支座10作为主体支架部件，用于与加工设备工作台固定和安装带分度孔的接盘1、压紧把手2、可更换钻套3、圆柱定位销4、压紧组件5、端面定位销6、菱形定位销7、转动盘9；端面定位限位板8通过螺钉安装在转动盘9上，用于支承工件端面定位；圆柱定位销4安装在转动盘9的中心，用于工件轴承孔定位；菱形定位销7按预设的距离要求设置在转动盘9上，用于工件销子孔定位；端面定位销6分布在转动盘9左侧部，用于转动盘9与旋转支座10的固定；可更换钻套3根据加工孔的结构分布在转动盘9右侧部，两个可更换钻套3上下布置，用于加工刀具的定位，实现旋转180°孔的高效、高精加工；压紧组件5安装在圆柱定位销4的端部，用于工件的夹紧；转动盘9通过键定位和螺钉夹紧与带分度孔的接盘1连接；带分度孔的接盘1与旋转支座10的接盘连接，压紧把手2安装在旋转支座10的右侧，与旋转支座10内腔的锁紧机构相连接，通过旋转压紧把手2，使锁紧机构的定位销子伸缩，实现带分度孔的接盘1的旋转，完成圆周上分度孔的加工。

其中，所述旋转支座为卧轴式定位销式装置，安装带分度孔的接盘1的旋转支座基准平面b位于距离为公差值0.03～0.05mm且垂直于旋转支座底平面a的两平行平面之间。

其中，所述旋转支座上，安装转动盘9的中孔的中心线位于距离为公差值0.03～0.05mm且垂直于旋转支座基准平面b的两平行平面之间。

其中，所述旋转支座10顶部端面设为对刀基面，且对刀基面位于距离为公差值0.03～0.05mm且平行于旋转支座底平面a的两平行平面之间。

其中，所述带分度孔的接盘1的中心设有一带键槽的中孔，用于与夹具的连接锁紧机构、转动盘9的主轴固定；带分度孔的接盘1端面上分布四个定位键槽。

其中，所述定位键槽的中心线位于距离为公差值0.01～0.03mm且垂直于主轴安装基准孔中心线的两平行平面之间。

其中，所述带分度孔的接盘1的端面上设有交叉的机油润滑槽。

其中，所述转动盘9上设置圆柱定位销支座、菱形定位销支座、可更换钻套支座、端面定位限位板支座；圆柱定位销支座和菱形定位销支座采用加强筋连接；转动盘的主轴安装孔的中心线位于距离为公差值0.01～0.02mm且垂直于基准端面的两平行平面之间；两个可更换钻套支座孔的中心线位于距离为公差值0.02～0.03mm且平行于基准端面的两平行平面之间，一个可更换钻套支座孔的中心线位于直径为公差值φ0.008～φ0.01mm且与另一端可更换钻套支座孔中心线同轴的两圆柱面之间；转动盘的圆柱定位销支座孔和菱形定位销支座孔的中心线位于距离为公差值0.01～0.02mm且垂直于基准端面的两平行平面之间。

其中，所述锁紧机构包括压紧把手2、接盘定位销②、弹簧③、套筒④、齿轮⑤，接盘定位销②属于螺杆式结构，与弹簧③、套筒④、齿轮⑤安装在旋转支座内腔，当压紧把手2旋转时，通过螺杆机构使接盘定位销②进行伸缩，在弹簧③的作用下，实现不同角度的定位夹紧。

其中，所述接盘定位销②一端为螺杆结构，一端为定位销结构，中部直径与锁紧机构内腔孔定位；通过压紧把手2转动使齿轮⑤径向转动，齿轮⑤驱动接盘定位销②一端的螺杆结构完成轴向移动，实现接盘定位销②伸缩功能，保证接盘旋转前脱开、旋转后定位；套筒④用于支承接盘定位销②，其一端设计为内螺纹式结构，保证螺塞紧固，方便注油润滑；左部开有一个槽型，确保齿轮⑤与接盘定位销②连接。(三)有益效果

上述技术方案所提供的高精高效翻转钻削夹具，刚性较强，使用方便，装夹工件迅速，定位精度高，加工过程工件变形小，不仅保证了两端高精度孔系加工合格率100％，生产效率在原来基础上提高了10％，而且缩减了原采用数控设备的固定资产使用率20％，大幅地降低了制造成本。

附图说明

图1为调速器体杠杆安装孔设计示意图；a图为调速器体杠杆安装孔示意图，b图为调速器体杠杆安装孔剖视图；

图2为本发明实施例钻削夹具结构示意图；

图3为使用本发明实施例钻削夹具进行孔钻削的加工示意图；

图4为本发明实施例旋转支座的结构示意图，其中，a图为主视图，b图为侧视图；

图5为本发明实施例带分度盘的接盘示意图；a图为180°分度接盘，b图为可实现任意角度定位的分度接盘；

图6为本发明实施例转动盘示意图；其中，a图为主视图，b图为侧视图；

图7为本发明实施例锁紧机构剖视图；a图为立体图，b图为剖视图；

图8为本发明实施例接盘定位销示意图；

图9为本发明实施例套筒示意图；

图中，1-带分度孔的接盘；2-压紧把手；3-可更换钻套；4-圆柱定位销；5-压紧组件；6-端面定位销；7-菱形定位销；8-端面定位限位板；9-转动盘；10-旋转支座；①工件；②接盘定位销；③弹簧；④套筒；⑤齿轮。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

1、总体设计方案及原理

(1)设计原则

结合调速器体结构特点，确定零件加工需要的定位基准，再根据定位基准的精度要求，设计满足加工精度要求的夹具；

设计重点是：利用本夹具解决能够满足特定角度旋转定位，并保证加工精度的要求。

本发明的特点是：改进旋转机构，设计实现定角度旋转和定位锁紧功能，从而实现零件定角度旋转加工的要求，同时可根据零件加工需要翻转的角度，在旋转盘上补充加工分度孔或更换有特定旋转角分度孔的分度接盘即可在普通设备上，快速准确的完成零件在一个平面内任意旋转角度的加工，大幅提升加工效率。

(2)设计总方案

如图2所示，该夹具包括带分度孔的接盘1、压紧把手2、可更换钻套3、圆柱定位销4、压紧组件5、端面定位销6、菱形定位销7、端面定位限位板8、转动盘9、旋转支座10。其中，旋转支座10作为主体支架部件，用于与加工设备工作台固定和安装带分度孔的接盘1、压紧把手2、可更换钻套3、圆柱定位销4、压紧组件5、端面定位销6、菱形定位销7、转动盘9；端面定位限位板8通过螺钉安装在转动盘9上，用于支承工件端面定位；圆柱定位销4安装在转动盘9的中心，用于工件轴承孔定位；菱形定位销7按预设的距离要求设置在转动盘9上，用于工件销子孔定位；端面定位销6分布在转动盘9左侧部，用于转动盘9与旋转支座10的固定；可更换钻套3根据加工孔的结构分布在转动盘9右侧部，两个可更换钻套3上下布置，用于加工刀具的定位，实现旋转180°孔的高效、高精加工；压紧组件5安装在圆柱定位销4的端部，用于工件的夹紧；转动盘9通过键定位和螺钉夹紧与带分度孔的接盘1连接；带分度孔的接盘1与旋转支座10的接盘连接，压紧把手2安装在旋转支座10的右侧，与旋转支座10内腔的锁紧机构相连接，通过旋转压紧把手2，使锁紧机构的定位销子伸缩，实现带分度孔的接盘1的旋转，完成圆周上分度孔的加工。

(3)工作原理

见图3，调速器体通过两孔和端面定位后，用压板压紧，然后进行加工。

当夹具的钻套处于垂直状态时，通过快速更换钻套可实现工件一端的孔系的钻、扩、铰、制螺纹；旋转压紧把手通过锁紧机构旋转接盘并固定，完成另一端孔系的钻、扩、铰、制螺纹等加工，从而实现工件高精度孔钻削。

2、旋转支座设计方案

旋转支座是主要支撑体，见图4所示，该旋转支座设计为通用性的卧轴式定位销式装置，它主要承担本体件、接盘件(包括带分度孔的接盘1)、主轴机构(连接锁紧机构、转动盘9、带分度孔的接盘1等，起转动传递作用)、锁紧机构及压紧把手等的装配，形成旋转支座组件。

由于该件结构复杂，采用了铸造件。为了保证装置的装配精度要求，安装带分度孔的接盘1的旋转支座基准平面b必须位于距离为公差值0.03～0.05mm且垂直于旋转支座底平面a的两平行平面之间；安装转动盘9的中孔的中心线必须位于距离为公差值0.03～0.05mm且垂直于旋转支座基准平面b的两平行平面之间；为了保证工件孔加工深度的精确性和一致性，将旋转支座10顶部端面设计为对刀基面，且对刀基面必须位于距离为公差值0.03～0.05mm且平行于旋转支座底平面a的两平行平面之间。

3、带分度孔的接盘设计方案

带分度孔的接盘1属于转动盘9与旋转支座10连接的中间过渡件，是翻转装置加工工件孔所需角度的关键件，见图5中a图所示。设计的关键部位是旋转角度的定位销孔，当设计为多个定位销孔时，可实现工件径向多个角度孔的加工，因此该件具有通用性和适宜性，见图5中b图所示。带分度孔的接盘1的中心设有一带键槽的中孔，用于与夹具的连接锁紧机构、转动盘9的主轴固定；在端面上分布四个定位键槽，用于保证钻模转动盘的装配精度要求，定位键槽的中心线必须位于距离为公差值0.01～0.03mm且垂直于主轴安装基准孔中心线的两平行平面之间；为了达到分度盘转动敏捷、定位能精确，在端面上设计了交叉的机油润滑槽；为了提高接盘的定位精度，设计了阶梯端面e、f、底部端面k必须位于距离为公差值0.01～0.03mm且垂直于主轴安装基准孔中心线的两平行平面之间。

4、转动盘设计方案

转动盘9主要功用是一端连接分度装置、一端支承工件，从图1分析可知工件轴承孔距离定位端面较深，工件的轴承孔定位机构需要设计一定高度，为了提高装置的使用寿命，转动盘设计为可更换式的圆柱定位结构和端面限位的定位结构，见图6。转动盘主要特征是按照图2总体设计方案由圆柱定位销支座、菱形定位销支座、可更换钻套支座、端面定位限位板支座组成；考虑转动盘结构较为复杂，固采用铸造件，同时为了加强转动盘刚性，圆柱定位销支座和菱形定位销支座采用加强筋连接；为了保证转动盘与翻转装置连接的定心精度，转动盘的主轴安装孔的中心线必须位于距离为公差值0.01～0.02mm且垂直于基准端面的两平行平面之间；为了保证加工工件孔的精度要求，两个可更换钻套支座孔的中心线必须位于距离为公差值0.02～0.03mm且平行于基准端面的两平行平面之间，一个可更换钻套支座孔的中心线必须位于直径为公差值φ0.008～φ0.01mm且与另一端可更换钻套支座孔中心线同轴的两圆柱面之间；为了提高工件定位精度，转动盘的圆柱定位销支座孔和菱形定位销支座孔的中心线必须位于距离为公差值0.01～0.02mm且垂直于基准端面的两平行平面之间；另外，采用从圆柱定位销中孔处设计螺杆的压紧方式，有利于减小工件装夹变形。

5、带压紧把手的锁紧机构设计方案

从图2分析可知，带压紧把手2的锁紧机构主要由压紧把手2、接盘定位销②、弹簧③、套筒④、齿轮⑤等组成，主要功用是通过螺杆机构实现钻模随着接盘进行不同角度的旋转，见图7。接盘定位销②属于螺杆式结构，与弹簧等组件安装在旋转支座内腔，当压紧把手2旋转时，通过螺杆机构使接盘定位销②进行伸缩，在弹簧③的作用下，实现不同角度的定位夹紧。

(1)接盘定位销采用优质碳素工具钢，设计方案见图8，热处理硬度达到50～55hrc；接盘定位销②一端为螺杆结构，一端为定位销结构，中部直径与锁紧机构内腔孔定位；整体设计方案为通过压紧把手2转动使齿轮⑤径向转动，齿轮⑤驱动接盘定位销②一端的螺杆结构完成轴向移动，实现接盘定位销②伸缩功能，保证接盘旋转前脱开、旋转后定位；为了保证接盘定位销②传动精度，螺杆结构的齿形设计为模数1.5、齿距4.712mm、压力角20°，且另一端的定位销与接盘定位销②的基准表面a在任一测量平面内的径向圆跳动量均不得大于0.002～0.005mm。

(2)套筒④主要作用是支承接盘定位销②，设计方案为采用低碳结构钢，设计方案见图9，主要特征一端设计为内螺纹式结构，保证螺塞紧固，方便注油润滑；左部开有一个槽型，确保齿轮⑤与接盘定位销②连接；配合表面通过渗碳、淬火热处理硬度达到50～55hrc，与旋转支座配合的外表面围绕安装支承接盘定位销②的配合内表面中心线旋转一周时，在任一测量平面内的径向圆跳动量均不得大于0.002～0.005mm。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下显著特点：

(1)夹具采用了两端的钻套结构，其同轴度的要求和位置稳定性是保证工件的两端孔加工精度的关键。

(2)采用了180°的通用性卧轴式定位销式分度装置和锁紧机构，实现了两端断续高精度孔的高效钻削，达到了孔系高效、高精加工的目的。其整体翻转装置的设计对于调速器体批量生产加工具有一定的先进性。

(3)将带分度孔的接盘设计为多孔分度，可推广应用到工件圆周上多孔系的加工，提高了翻转装置本体的通用性。

通过生产验证，该钻削夹具刚性较强，使用方便，装夹工件迅速，定位精度高，加工过程工件变形小，不仅保证了两端高精度孔系加工合格率100％，生产效率在原来基础上提高了10％，而且缩减了原采用数控设备的固定资产使用率20％，大幅地降低了制造成本。

该发明已应用于所有大功率柴油机调速器体同类结构的批量生产，从制造成本核算年节约费用达20余万元。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。