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摘 要：本文针对玻璃瓶制瓶行列机配气箱连杆加工精度难以保证的技术问题，提出解决方案。
关键词：气箱连杆 加工精度
中图分类号：G634.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）-0083-03
公司于2000年6月份从德国进口了两台自动化程度比较高的6组旧玻璃瓶行列机用以仿制。上级领导安排我配合工程部门负责玻璃瓶行列机配气箱体连杆的加工。
1 夹具设计的目的
由于配气箱是整台设备气体协调部分，它的作用是分配高压气体供给执行机构即是各类气缸。它的工作性能和动作灵活性的好坏直接影响到行列机组的运转生产动作协调，由于配气箱体结构过于复杂，在此就不再提供。
按公司的生产计划要求必须在30天内完工。加工箱体连杆的总数为780件，属于小批量。而根据公司现在的设备条件只能由两人同时加工。这就要求在加工时不但要保证轴的加工精度，而且又要有较高的加工效率。为了能按质按量完成生产任务，自行设计一套专用钻床夹具。
2 钻床夹具加工方案分析
2.1 零件工艺要求
连杆的零件图如图1。
由图1可知，连杆的加工精度比较高，特别是三个孔之间的垂直度与平行度、及与轴心线的对称度、垂直度，同时由于轴难以装夹定位、对称度和垂直度比较难以保证。
2.2 钻床夹具的结构及组成
（1）夹具结构如图2。
（2）钻床夹具的组成及各元件的的作用
一般情况下，一套完整的夹具由定位元件、夹紧装置、夹具体、导向装置、连接元件及其他元件或装置六部分组成。在这套夹具的各部分是由以下元件组成。
①定位元件由后顶尖2、前顶尖11及限位销轴14组成。是采用轴孔中心定位方式。
②夹紧装置由前顶尖手柄15、前顶尖11、限位销轴14、限位销轴套13、压力弹簧16组成。是采用螺纹和弹簧力锁紧装置进行的夹紧装置。
③夹具体由底板1、后模板2、上模板4、前模板7、侧模板12组成。它们均采用锥度销和螺钉连接。
④导向装置由大、小钻套组成。为了方便钻孔后能进行铰孔，采用了快换钻套。
⑤连接元件由8锥度销、6锥度销、内六角螺钉M8×25、内六角螺钉M6×25组成。因其成本低、定位精度高、连接可靠，是最常用的连接件。
⑥其他元件或装置由加强板8、定位螺钉19组成。
2.3 夹具结构分析
由图2的钻床夹具装配图所示可知，本装夹方案是采用顶针的中心定位装夹。由于轴表面光洁度要求很高，若采用外圆柱面的定位方式，很容易破坏外圆柱面的表面光洁度，同时也会产生较大的定位误差。此外，由于此加工受力不大，所以，这样可以避免因装夹产生位移误差，又大大提高了定位精度。
前、后顶尖的锥角均采用60°标准顶尖角，后顶尖与后模板是14配合，前顶尖与前模板是14配合。为了提高前顶尖的自锁力，螺纹采用M18×2。
顶尖螺母与加强板采用过度配合连接。采用这种结构的优点是既能承受因定位夹紧时所产生的轴向作用力，又具有较高的定位精度。
限位装置组件。在钻8孔及卸下工件时，将限位销轴手柄1拉起然后旋转60°角。8孔加工完畢，旋转工件90°，然后扳动手柄，使锥度为4°的轴轴插入8孔，以起限制工件旋转作用，从而保证8孔与12孔的垂直度要求。
考虑到加工零件加工孔需进行铰削加工，轴孔中心距要求不是非常高，所以，钻套与衬套采用可换钻套的配合为。在钻套的大端凸起一块的作用是为了在换钻套时容易取出。为了方便加工，同时也能满足加工要求具体要求。
3 零件加工工艺
钻孔工艺的顺序如下。
（1）先采用钻套钻出8铰孔前底孔7.5mm然后取下快换钻套，换上8H7机铰刀，铰削加工8孔。
（2）旋转工件90°角，扳动限位销轴手柄，使限位销插入8孔以限制工件转动，以保证三个孔之间的垂直度。
（3）采用钻套钻出12铰孔前底孔11.5 mm然后取下可换钻套，换上12H7机铰刀，铰削加工12孔。注意两个的加工必须要加工后毕一个孔后再加工另一个孔不能轮换加工，以避免铰孔对孔中心产生偏移。
4 钻床夹具定位误差的分析与计算
（1）定位方式和定位元件的选用。
在此加工中，因加工孔与轴两端的中心距要求不高，但孔与孔之间的中心距、位置精度（平行度、垂直度）及孔与轴心线的对称度、垂直度比较高，同时外圆柱面的表面粗糙度要求也很高，但零件形状比较简单。
因为顶尖定位具有定心精度高、结构简单、加工精度容易保证、具有自动定心作用等特点。所以，选用了两顶尖进行定位的定位方式作为主要定位装置。
另外选用了锥度轴作为辅助定位。因锥度轴具有自动定心作用，同时也可以使锥度轴的外表面与孔壁端面密切接触。从而提高定位精度。
即在这套夹具中采用了两种定位方式：一种是主要定位为顶尖中心定位，另一种是辅助定位为锥度销定位。从而提高加工精度，最大程度降低定位误差。
（2）定位自由度的分析（如图3所示）根据定位方式画出主要定位示意图。说明：→表示平行移动自由度，表示旋转自由度。
根据六点定位原则，采用固定顶尖进行定位能限制的自由度有、、、、五个自由度，属不完全定位。保证钻孔的中心距尺寸精度、孔与孔的平行度及孔与轴心线的对称度、垂直度。
因为锥度销对圆柱孔定位是线接触。采用锥度销进行定位能限制的自由度有、、、、。这样也就限制加工零件在空间的移动自由度和X轴、Z轴的旋转自由度。在这一定位装置中能起到定位作用的是限制Z旋转度，而其他自由度在主要定位装置中得到了重复定位，属于过定位。 由于先钻8孔，要求孔与轴心线的对称度及垂直度。
4.1 定位误差的分析与计算
（1）工件在夹具中加工时的加工误差由夹具位置误差、定位误差、对刀导向误差、机床系统综合误差四项组成。在四项指标中，与夹具设计制造有关的误差指标是定位误差、对刀导向误差、夹具位置误差，其他项在此不作研究。其中重点分析的是定位误差。
（2）定位误差及其产生的原因。
①定位基准不重合误差：定位基准与设计基准不重合所产生的定位误差。
如图1所示，加工零件的各类孔中心距尺寸及对称度、垂直度平行度、圆柱度的设计基准是连杆中心线。
在本方案的定位元件是顶尖、锥度销，夹具定位基准是连桿中心线和8孔的中心线。
所以设计基准与定位基准重合，即基准不重合误差为零。
②定位基准的位移误差△Y：由于定位副制造不准确，定位基准相对于夹具上定位元件的起始基准发生位移，发生定位误差△Y。
定位副是锥度孔、轴配合，由于锥度孔、轴配合具有自动对心作用，对定位副的定位面加工要求不高。这样，定位基准位移误差也可以为零。即：
但考虑到当定位副两端中心线高度发生偏差时而使连杆在装夹定位时产生倾斜度，从而影响钻孔与轴的垂直度。为左端支点为最高，右端支点为最低定位时，得出的垂直度误差示意图。
由示意图构成的三角形得出角度计算公式：
（3）刀导向误差△T：刀具相对夹具的位置误差。
在这套夹具中，由于采用快换钻套，钻套与衬套的配合为间隙配合。所以，对刀导向误差△T 是由钻套外柱面与衬套内孔的制造误差及配合间隙所产生的。在此，按工件以圆孔定位时的误差分析原则进行分析，由以下公式算出：
为衬套圆孔直径公差；
为钻套外圆直径公差；
为定位副最小配合间隙。
按工件加工图样计算得出三个孔的定位情况如下：
8孔与12孔定位误差为0.017+0.021 =0.038 mm；
加工工件要求：之间的中心距精度为0.1mm，满足要求；
两个12孔之间的定位误差为0.021+ 0.021=0.042 mm；
加工工件要求：之间的中心距精度为0.12 mm，满足要求。
由以上分析结果表明，这套夹具的定位误差比加工零件的位置公差要求小，所以满足加工要求。
在制造这套夹具时，借用了其他先进、高精度的机械加工设备。如上模板孔的加工采用数控铣床进行加工，各模板平面采用平面磨床进行磨削，同时采用了比较合理的加工工艺方法，如三块侧模板的定位孔采用一体式配合加工，对垂直度要求较高的尽可能采用组合装配后再进行一体式加工。使夹具的制造精度得到很大提高。
5 结语
采用这套钻床夹具进行钻孔，不但提高了零件的加工精度，也提高了加工效率和产品的成品率。使成品率达到99.8﹪。同时，经估算加工效率比采用普通加工方法提高了10倍以上，又避免为了加工这一根轴而购买高精度的数控铣床的资金浪费。得到非常明显的经济效益。
通过这次钻床夹具的设计与加工，使我深深体会到，企业生产技术水平的不断提高，对技术人员提出了更高的要求，要提高生产质量和生产效率，靠高水平的手工操作技能是远远不够的，还要有不断创新意识。
参考文献
[1] 薛源顺.机床夹具设计[M].机械工业出版社，2001（1）.
[2] 万象.钳工工艺学[M].中国劳动出版社，1996.
关键词：气箱连杆 加工精度
中图分类号：G634.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）-0083-03
公司于2000年6月份从德国进口了两台自动化程度比较高的6组旧玻璃瓶行列机用以仿制。上级领导安排我配合工程部门负责玻璃瓶行列机配气箱体连杆的加工。
1 夹具设计的目的
由于配气箱是整台设备气体协调部分，它的作用是分配高压气体供给执行机构即是各类气缸。它的工作性能和动作灵活性的好坏直接影响到行列机组的运转生产动作协调，由于配气箱体结构过于复杂，在此就不再提供。
按公司的生产计划要求必须在30天内完工。加工箱体连杆的总数为780件，属于小批量。而根据公司现在的设备条件只能由两人同时加工。这就要求在加工时不但要保证轴的加工精度，而且又要有较高的加工效率。为了能按质按量完成生产任务，自行设计一套专用钻床夹具。
2 钻床夹具加工方案分析
2.1 零件工艺要求
连杆的零件图如图1。
由图1可知，连杆的加工精度比较高，特别是三个孔之间的垂直度与平行度、及与轴心线的对称度、垂直度，同时由于轴难以装夹定位、对称度和垂直度比较难以保证。
2.2 钻床夹具的结构及组成
（1）夹具结构如图2。
（2）钻床夹具的组成及各元件的的作用
一般情况下，一套完整的夹具由定位元件、夹紧装置、夹具体、导向装置、连接元件及其他元件或装置六部分组成。在这套夹具的各部分是由以下元件组成。
①定位元件由后顶尖2、前顶尖11及限位销轴14组成。是采用轴孔中心定位方式。
②夹紧装置由前顶尖手柄15、前顶尖11、限位销轴14、限位销轴套13、压力弹簧16组成。是采用螺纹和弹簧力锁紧装置进行的夹紧装置。
③夹具体由底板1、后模板2、上模板4、前模板7、侧模板12组成。它们均采用锥度销和螺钉连接。
④导向装置由大、小钻套组成。为了方便钻孔后能进行铰孔，采用了快换钻套。
⑤连接元件由8锥度销、6锥度销、内六角螺钉M8×25、内六角螺钉M6×25组成。因其成本低、定位精度高、连接可靠，是最常用的连接件。
⑥其他元件或装置由加强板8、定位螺钉19组成。
2.3 夹具结构分析
由图2的钻床夹具装配图所示可知，本装夹方案是采用顶针的中心定位装夹。由于轴表面光洁度要求很高，若采用外圆柱面的定位方式，很容易破坏外圆柱面的表面光洁度，同时也会产生较大的定位误差。此外，由于此加工受力不大，所以，这样可以避免因装夹产生位移误差，又大大提高了定位精度。
前、后顶尖的锥角均采用60°标准顶尖角，后顶尖与后模板是14配合，前顶尖与前模板是14配合。为了提高前顶尖的自锁力，螺纹采用M18×2。
顶尖螺母与加强板采用过度配合连接。采用这种结构的优点是既能承受因定位夹紧时所产生的轴向作用力，又具有较高的定位精度。
限位装置组件。在钻8孔及卸下工件时，将限位销轴手柄1拉起然后旋转60°角。8孔加工完畢，旋转工件90°，然后扳动手柄，使锥度为4°的轴轴插入8孔，以起限制工件旋转作用，从而保证8孔与12孔的垂直度要求。
考虑到加工零件加工孔需进行铰削加工，轴孔中心距要求不是非常高，所以，钻套与衬套采用可换钻套的配合为。在钻套的大端凸起一块的作用是为了在换钻套时容易取出。为了方便加工，同时也能满足加工要求具体要求。
3 零件加工工艺
钻孔工艺的顺序如下。
（1）先采用钻套钻出8铰孔前底孔7.5mm然后取下快换钻套，换上8H7机铰刀，铰削加工8孔。
（2）旋转工件90°角，扳动限位销轴手柄，使限位销插入8孔以限制工件转动，以保证三个孔之间的垂直度。
（3）采用钻套钻出12铰孔前底孔11.5 mm然后取下可换钻套，换上12H7机铰刀，铰削加工12孔。注意两个的加工必须要加工后毕一个孔后再加工另一个孔不能轮换加工，以避免铰孔对孔中心产生偏移。
4 钻床夹具定位误差的分析与计算
（1）定位方式和定位元件的选用。
在此加工中，因加工孔与轴两端的中心距要求不高，但孔与孔之间的中心距、位置精度（平行度、垂直度）及孔与轴心线的对称度、垂直度比较高，同时外圆柱面的表面粗糙度要求也很高，但零件形状比较简单。
因为顶尖定位具有定心精度高、结构简单、加工精度容易保证、具有自动定心作用等特点。所以，选用了两顶尖进行定位的定位方式作为主要定位装置。
另外选用了锥度轴作为辅助定位。因锥度轴具有自动定心作用，同时也可以使锥度轴的外表面与孔壁端面密切接触。从而提高定位精度。
即在这套夹具中采用了两种定位方式：一种是主要定位为顶尖中心定位，另一种是辅助定位为锥度销定位。从而提高加工精度，最大程度降低定位误差。
（2）定位自由度的分析（如图3所示）根据定位方式画出主要定位示意图。说明：→表示平行移动自由度，表示旋转自由度。
根据六点定位原则，采用固定顶尖进行定位能限制的自由度有、、、、五个自由度，属不完全定位。保证钻孔的中心距尺寸精度、孔与孔的平行度及孔与轴心线的对称度、垂直度。
因为锥度销对圆柱孔定位是线接触。采用锥度销进行定位能限制的自由度有、、、、。这样也就限制加工零件在空间的移动自由度和X轴、Z轴的旋转自由度。在这一定位装置中能起到定位作用的是限制Z旋转度，而其他自由度在主要定位装置中得到了重复定位，属于过定位。 由于先钻8孔，要求孔与轴心线的对称度及垂直度。
4.1 定位误差的分析与计算
（1）工件在夹具中加工时的加工误差由夹具位置误差、定位误差、对刀导向误差、机床系统综合误差四项组成。在四项指标中，与夹具设计制造有关的误差指标是定位误差、对刀导向误差、夹具位置误差，其他项在此不作研究。其中重点分析的是定位误差。
（2）定位误差及其产生的原因。
①定位基准不重合误差：定位基准与设计基准不重合所产生的定位误差。
如图1所示，加工零件的各类孔中心距尺寸及对称度、垂直度平行度、圆柱度的设计基准是连杆中心线。
在本方案的定位元件是顶尖、锥度销，夹具定位基准是连桿中心线和8孔的中心线。
所以设计基准与定位基准重合，即基准不重合误差为零。
②定位基准的位移误差△Y：由于定位副制造不准确，定位基准相对于夹具上定位元件的起始基准发生位移，发生定位误差△Y。
定位副是锥度孔、轴配合，由于锥度孔、轴配合具有自动对心作用，对定位副的定位面加工要求不高。这样，定位基准位移误差也可以为零。即：
但考虑到当定位副两端中心线高度发生偏差时而使连杆在装夹定位时产生倾斜度，从而影响钻孔与轴的垂直度。为左端支点为最高，右端支点为最低定位时，得出的垂直度误差示意图。
由示意图构成的三角形得出角度计算公式：
（3）刀导向误差△T：刀具相对夹具的位置误差。
在这套夹具中，由于采用快换钻套，钻套与衬套的配合为间隙配合。所以，对刀导向误差△T 是由钻套外柱面与衬套内孔的制造误差及配合间隙所产生的。在此，按工件以圆孔定位时的误差分析原则进行分析，由以下公式算出：
为衬套圆孔直径公差；
为钻套外圆直径公差；
为定位副最小配合间隙。
按工件加工图样计算得出三个孔的定位情况如下：
8孔与12孔定位误差为0.017+0.021 =0.038 mm；
加工工件要求：之间的中心距精度为0.1mm，满足要求；
两个12孔之间的定位误差为0.021+ 0.021=0.042 mm；
加工工件要求：之间的中心距精度为0.12 mm，满足要求。
由以上分析结果表明，这套夹具的定位误差比加工零件的位置公差要求小，所以满足加工要求。
在制造这套夹具时，借用了其他先进、高精度的机械加工设备。如上模板孔的加工采用数控铣床进行加工，各模板平面采用平面磨床进行磨削，同时采用了比较合理的加工工艺方法，如三块侧模板的定位孔采用一体式配合加工，对垂直度要求较高的尽可能采用组合装配后再进行一体式加工。使夹具的制造精度得到很大提高。
5 结语
采用这套钻床夹具进行钻孔，不但提高了零件的加工精度，也提高了加工效率和产品的成品率。使成品率达到99.8﹪。同时，经估算加工效率比采用普通加工方法提高了10倍以上，又避免为了加工这一根轴而购买高精度的数控铣床的资金浪费。得到非常明显的经济效益。
通过这次钻床夹具的设计与加工，使我深深体会到，企业生产技术水平的不断提高，对技术人员提出了更高的要求，要提高生产质量和生产效率，靠高水平的手工操作技能是远远不够的，还要有不断创新意识。
参考文献
[1] 薛源顺.机床夹具设计[M].机械工业出版社，2001（1）.
[2] 万象.钳工工艺学[M].中国劳动出版社，1996.