自制钻模保证零件的加工精度和效率
自制钻模保证零件的加工精度和效率
摘要：自制一个钻模，在一个矩形钢的焊接平面上加工数量众多的定位孔，既保证了定位孔的精度要求，同时更大大提高了零件的加工效率，最终产生较高的生产效益。
关键词：钻模、效率、效益
正文：
我在无锡宏源机电科技有限公司工具车间工作时，主要从事一些数控类机床、钻床、钻模等的操作。宏源公司是一个以机械制造为主体的国有企业，主要制造化纤和棉纺机械，主要产品有：化纤高速弹力丝机、棉纺粗纱机、并条机、精梳机等纺织机械设备以及后续开发的风电设备等，其中化纤高速弹力丝机是我公司的拳头产品。由于该设备的技术是和德国巴马格公司合资后引进的，之前在设备和技术方面都一直与对方有一定差距，因此过去一些主要零部件要靠德国进口。随着宏源公司技术人员和生产车间的共同努力，一些过去依赖进口的零部件相继开发成功，现在基本上都能实现自行生产，同时随着宏源公司的技术实力增强也逐渐降低了整机的制造成本和销售成本，目前宏源公司该系列设备在国内及亚洲地区都有良好的市场和声誉。
宏源公司每年都开展一些技术革新项目，我经常积极参与，由于我平时工作细致认真，爱动脑子，因此时常能提出不错的建议，并利用自己的一些实际钻研成果帮助车间里解决了一些实际的生产问题。在本篇文章里就主要列举一个实际工作中的案例作为叙述内容，详述如下：
宏源公司高速弹力丝机上有一个横梁结合件（FK6B-900-2300-7）在工具车间加工，该结合件的简图详见图1：
零件分析
该结合件主要是在矩形钢管上加焊一块长条钢板（目标长度1437mm，宽度81mm），该钢板外表面经加工后将成为主要工作面(这里称“正面”)，另外在其背面和侧面的两端各焊两个短钢板（目标长度40mm），这四个短钢板将来也作为另外两个工作面（“侧面”和“底面”），同时也为主工作面提供加工和测量基准(例如左视图尺寸99±0.1和右视图尺寸25±0.2)。
该结合件的大致加工工艺如下：
按图示尺寸将各钢板焊接至矩形钢管上
粗、精刨背面，对板厚尺寸12，平面度≤0.02（工艺要求）
以背面和端面定位装夹
粗精刨正面，对尺寸高99±0.1，保证对基准A的平行度0.05
粗精刨侧面，对宽尺寸92(=80+12)，保证对基准A的垂直度0.04
以背面和侧面（已加工）定位装夹，粗、精铣两端面（注意两端余量均匀），对总长1437±0.2，保证右端面对基准A的垂直度0.04
全部去毛刺
以侧面和右端面定位装夹，钻正面上24xΦ6孔（加工中心）
各孔口倒角0.5x45°
该结合件的单台数量达40件，其工作面的光洁度和平整度要求都较高，更重要的是该结合件工作面上的加工孔（24xφ6）数量非常多，且都有一定的位置公差要求（±0.2），因此用传统的人工划线加钻床上钻孔的方式就不适合：一是速度太慢，二是各孔位置公差无法得到满足。所以之前其主要加工手段是加工中心。然而这样一来虽然其尺寸公差得到了保证，但是加工成本很高，而且总的生产效率仍然较低，因为加工孔数量太多，且每个结合件在加工中心上的装卸都需要一定时间，因此生产效率和成本一直是个瓶颈。
钻模的分析与设计
针对该结合件，我个人认为设计一个专用钻模就可很好地解决其加工孔的难题，于是闲瑕之余自行设计了一套钻模的构造简图和装夹方案，其简图见图2：
其 中： 1 ---- 钻模基板 数量：1
2 ---- 定位销 数量：3
3 ---- 夹紧座 数量：2
4 ---- 钻套 数量：24
5 ---- 把手 数量：2
工作原理
该钻模的大体工作方式为，先加工一块钻模基板（件号1），上面主要带有24个钻套孔和3个定位销孔，在3个定位销孔上装上定位销（件号2），其中视图底部两个用来定位横梁结合件的侧面，右方的一个用来定位横梁结合件的端面，然后用视图上方两个夹紧座（件号3）处的紧定螺钉来夹紧横梁结合件，最后利用镶在钻套孔中的钻套进行打孔作业。
钻模精度分析
分析钻模是否能够加工出符合位置要求的孔，主要从两方面来分析：= 1 \* GB3 ①保证孔的基本位置尺寸正确；= 2 \* GB3 ②保证孔的上下偏差都在规定的范围内。
钻模基板的简图见图3：
由于横梁结合件（见图1）上的24个φ6孔在X、Y两个坐标方向上的位置基准全部一致（端面和侧面）；而钻模上（见图2）24个钻套在两个坐标方向上的位置基准也都一致（右方和下方的定位销）；另外从钻模基板图（图3）上看，24个φ11孔在X、Y两个坐标方向上的相对基本尺寸和相对公差值与横梁结合件完全相同。因此从分析的角度来看，只要分析出其中一只孔的基本尺寸和上下偏差符合要求，那么其余23只孔也自然正确。
这里就以横梁结合件主视图最右下方的φ6孔作为分析对象。
先分析基本尺寸：
X方向：
钻模基板（见图3）右下方的φ11孔与定位销孔之间距离的基本尺寸为46mm，而定位销（见图4）安装完毕后用来定位横梁结合件端面（见图1）的外圆部分基本外径尺寸为φ20mm，因此钻模将横梁结合件定位夹紧后横梁结合件的端面距钻模孔之间距离的基本尺寸为：46 - 20/2 = 36mm，这与横梁结合件上基本尺寸相符。
Y方向：
钻模基板上（见图3）右下方φ11孔与定位销孔之间距离的基本尺寸为35mm，而定位销（见图4）安装完毕后用来定位横梁结合件端面（见图1）的外圆部分基本外径尺寸为φ20mm，因此钻模将横梁结合件定位夹紧后横梁结合件的侧面距钻模孔之间距离的基本尺寸为：35–20/2 = 25mm，这也与横梁结合件上基本尺寸相符。
分析尺寸公差
在尺寸公差的分析上X和Y方向公差一致，因此就不再分别叙述。
钻模基板上（见图3）右下方φ11钻套孔与定位销孔之间上下偏差为±0.1；
而安装定位销（见图4）后，定位销φ15P6与钻模基板上定位销孔φ15H7为过盈配合，因此此时定位销中心与钻套孔之间上下偏差仍为±0.1；
再用钻模的定位销（见图4）来定位横梁结合件时，由于定位销工作外径的上下偏差为±0.025，而且横梁结合件（见图1）的基准面（端面或侧面）有0.04的垂直度公差，因此此时钻套孔与横梁结合件基准面（端面或侧面）之间的上下偏差为±（0.1+0.025+0.04/2）= ±0.145；
由于钻套孔内外径之间存在着同心度的公差（约0.01），而定位销（见图4）本身在轴向上也存在着0.015同心度的公差，因此安装钻套后钻套内孔与横梁结合件基准面（端面或侧面）之间的上下偏差为±（0.145 + 0.01/2 + 0.015/2）= ±0.1575；
再算上用钻模对横梁结合件进行打孔作业时钻头与钻模内孔之间存在一定的间隙影响（约0.05），那么最终在横梁结合件上打出的孔与基准面之间的上下偏差为±（0.1575 + 0.05/2）= ±0.1825。
分析结果：从理论上讲利用该钻模（图2）在横梁结合件（图1）上打出的φ6孔最终与基准面之间的尺寸上下偏差为±0.1825，结果在规定的公差范围之内。
钻模实际使用测试
车间最终接受了我的提议，不久后就按照简图做出了一个相应成品钻模，并用该钻模对五件横梁结合件进行实际加工作业，完毕后对所有的孔进行检验，结果全部符合图纸要求，检验尺寸详见下表：
结束语
使用该钻模对横梁进行加工作业后，使得该结合件的加工效率在保证符合要求的情况下效率明显提高，同时也将原本任务繁忙的加工中心解放出来，可使其去加工更为复杂的零件，这无疑大大提高了车间的生产效益。同时自己在设计和制作钻模的过程中进一步项固和理解了所学到的夹具知识，对于车间与我无疑是个双赢的局面。
参考文献：
(1) 郭文有.航空发动机叶片机械加工工艺[M].北京: 国防工业出版社,1994.
(2)王先逵.机械制造工艺学[M].北京: 清华大学出版社，1989.
(3) 徐灏等.机械设计手册[M].北京: 机械工业出版社，1991.
(4)《机床夹具设计》 上海工业大学出版社
自制钻模保证零件的加工精度和效率.doc
