孟香苓+張發(fā)銘+韓旭

摘 要：空間孔系是一個零部件當(dāng)中較為常見的部分，對于裝配后的機械性能有著重要的影響。文章主要對空間孔系的分類及特點進行了介紹，同時介紹了不同類空間孔系的工藝原則。在此基礎(chǔ)上，對空間孔系的加工方法進行了分析，進而研究了如何確定空間孔系軸線加工的位置，最后對空間孔系加工當(dāng)中的相關(guān)注意事項進行了闡述。通過文章的研究，希望能夠促進空間孔系加工效率和加工質(zhì)量的進一步提升。

關(guān)鍵詞：空間孔系；加工基準(zhǔn)；方法；研究

中圖分類號：TH16 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0077-02

前言

對于殼體類、箱體類零件來說，在設(shè)計當(dāng)中，需要在不同表面，對相互對應(yīng)的各類孔系進行設(shè)計，使之能夠滿足相應(yīng)功能的需求。例如，在相互垂直的兩個平面，對軸承安裝座孔進行設(shè)計，形成傘狀齒輪傳動裝置。在機體主軸串孔和缸孔之間，形成曲軸連桿機構(gòu)，以及相互空間貫通的油路等。空間孔系指的是存在于三維空間中的不同表面，且具有相互對應(yīng)關(guān)系的孔系。對于孔系加工基準(zhǔn)和方法進行研究，對于孔系的空間對應(yīng)關(guān)系具有重要影響，并且會對零部件裝配位置關(guān)系產(chǎn)生直接的作用，因而具有很高的重要性。

1 空間孔系的分類及特點

空間孔系具有不同的對應(yīng)要求，因此加工精度、加工方法有所區(qū)別。以一個表面孔系為基準(zhǔn)，根據(jù)不同零件裝配要求，空間孔系對基準(zhǔn)具有較大的形位公差。根據(jù)不同的裝配要求對空間孔系中各孔相對位置的要求，空間孔系主要分為裝配關(guān)系空間孔系、相貫關(guān)聯(lián)空間孔系、獨立裝配空間孔系等類型。其中，第一類空間孔系指的是裝配關(guān)系較為嚴(yán)格，對空間孔系形位公差要求較高，其加工質(zhì)量，將會對裝配質(zhì)量造成直接影響[1]。在第二類空間孔系中，雖然存在相互關(guān)系，但是并沒有太高的要求，對于形位公差要求也相對較低。這種空間孔系只需要相通即可，并沒有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系要求，為確保管路相同，也可對不同孔徑的工藝孔進行相貫。在另一些空間孔系當(dāng)中，雖然標(biāo)注了孔系的角度、中心線位置等，不過，其裝配零件是獨立存在的，和其他零部件之間，不存在相互管理，是一種獨立裝配，因而成為獨立空間孔系。

2 不同空間孔系工藝原則

在零件結(jié)構(gòu)性分析、制定工藝之前，要根據(jù)裝配要求，對空間孔系進行匯總、分類。根據(jù)空間孔系的分類及特點，分別對不同的加工方法、加工原則加以運用，從而確保零件裝配質(zhì)量滿足要求，并達到理想的經(jīng)濟性、精確性。在零件公差當(dāng)中，主要包括了尺寸公差、形位公差。其中，形位公差會受到工藝裝備、加工設(shè)備的影響，尺寸公差則主要受到加工刀具、加工人員的影響。根據(jù)不同的空間孔系分類，對專用工藝裝備、高精度機床進行選擇，對空間孔系形位公差進行控制[2]。在裝配關(guān)聯(lián)空間孔系、相貫關(guān)聯(lián)空間孔系中，必須對特殊附件頭、專用工藝裝備進行使用，裝配關(guān)聯(lián)空間孔系則通常具有更高的要求。而在獨立裝配空間孔系中，只需對基準(zhǔn)面、孔系中心線之間的角度關(guān)系進行確保，利用毛坯外形確定位置即可，能夠?qū)に囇b配設(shè)計難度進行簡化，同時提高零部件外觀美感。

3 空間孔系的加工方法

在空間孔系的加工當(dāng)中，實質(zhì)上是機床主軸沿孔系軸線的運動。因此，空間孔系軸線、機床主軸運動軌跡能否嚴(yán)格符合，對于孔系加工質(zhì)量將會產(chǎn)生直接的影響。在當(dāng)前空間孔系的加工當(dāng)中，可以對孔系軸線進行旋轉(zhuǎn)，使其與機床主軸達到平行狀態(tài)，可以利用角度彎板進行加工。還可以使機床主軸或附件頭沿著孔系軸線進行插補運動[3]。在加工中，使用角度彎板對孔系軸線進行調(diào)整，可以根據(jù)定位基準(zhǔn)，讓工件繞工件基準(zhǔn)孔系軸線進行旋轉(zhuǎn)，使加工孔系軸線和機床主軸達到同一平面。也可以實用且些角度平板，對工件基準(zhǔn)面進行一定角度的旋轉(zhuǎn)，讓孔系軸線和機床主軸達到平行。

在設(shè)計專用工裝的過程中，對兩個相互垂直工裝定位基準(zhǔn)面進行設(shè)計，從而滿足立式加工、臥式加工中心的不同要求。在加工中心多軸聯(lián)動作沿孔系軸線直線插補過程中，機床主軸沿著孔系軸線進行插補運動，同時聯(lián)動X、Y、Z三軸，對于加工中心、數(shù)據(jù)計算都具有較高的精度要求，但加工質(zhì)量相對較低。所以，在實際加工當(dāng)中，對附件頭、工藝裝備進行應(yīng)用，對一項角度進行調(diào)整，讓加工中心主軸進行兩軸聯(lián)動，從而更好的加工空間孔系。在機體空間孔系加工中，可利用30°彎板，對缸孔軸線進行調(diào)整，達到鉛錘向，與龍門加工中心達到一致的主軸方向[4]。

在制造30°彎板中，如果角度精度不足，在機體主軸串孔中心和缸孔之間，相交度、垂直度存在較大差異，可以在對集體加工精度進行精確測量的基礎(chǔ)上，利用雙軸聯(lián)動的方法，通過加工中心進行補償，使加工精度得到提高?？蓪Ω郊^進行多角度旋轉(zhuǎn)，完成基準(zhǔn)平面角度旋轉(zhuǎn)[5]。例如，在五面體加工中心中，對全角度加工附件頭進行了應(yīng)用，在鉛錘向、水平向等方向，都能夠滿足機床主軸的360°旋轉(zhuǎn)定位，從而確保空間孔系軸線、機床主軸之間良好的重合。在空間孔系加工中，對于角度彎板的使用較多。在工藝裝備定位中，可采用三面定位、兩面一銷定位、一面兩銷定位等方法，具體方法要根據(jù)不同工件進行選擇。

4 空間孔系軸線加工位置確定

在空間孔系加工當(dāng)中，對全角度附件頭進行應(yīng)用，加工中心操作系統(tǒng)，能夠?qū)Ω郊^運行軌跡進行自行計算。所以，在工件就位之后，只需檢測工件基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)孔，并將檢測結(jié)果，當(dāng)作附件頭運行軌跡目標(biāo)值。對空間孔系軸線，利用工藝裝備進行旋轉(zhuǎn)，在工裝設(shè)計當(dāng)中，對代加工孔平行工藝基準(zhǔn)孔進行預(yù)先設(shè)計，作為對刀基準(zhǔn)。對空間孔系進行研究和設(shè)定，能夠?qū)臻g孔系中心線設(shè)定進行簡化[6]。只需對空心中心線位置、形位關(guān)系進行確定，就能夠?qū)紫滴恢?、形位關(guān)系進行確定，通過以線代面的方式，對計算進行簡化。

對孔系中心線進行調(diào)整，使其與機床主軸達到平行。例如在立式機床當(dāng)中，鉛垂線作為機床主軸，需要對工件進行兩次旋轉(zhuǎn)，即經(jīng)過水平旋轉(zhuǎn)和傾斜旋轉(zhuǎn)，才能滿足要求。對空間角度斜孔進行加工的過程中，在工藝計算、工件定位調(diào)整等方面，都具有較高的復(fù)雜性[7]。同時，如果采取不同的旋轉(zhuǎn)方向，將會造成計算結(jié)果的不同。在空間孔系的實際加工當(dāng)中，空間孔系軸線在調(diào)整之后，工件設(shè)計基準(zhǔn)是軸線、斜面的交點。對于這一點的坐標(biāo)，難以通過測量的方法進行獲取，所以，在設(shè)計工裝的時候，也要對工藝基準(zhǔn)孔進行設(shè)計。

設(shè)定了工藝基準(zhǔn)孔，和工件設(shè)計基準(zhǔn)盡量達到整數(shù)的數(shù)值，可在工裝組裝完畢之后，對工藝孔進行組合加工。如果空間孔系對于位置精度具有很高的要求，應(yīng)當(dāng)校正零件加工基準(zhǔn)、其它工序加工質(zhì)量等，從而消除工藝裝備定方位誤差、其它工序加工誤差等，對工序加工精度造成的影響[8]。例如，在機體缸孔加工加工當(dāng)中，對于軸線位置度、和主軸孔軸線相交度等，都具有很高的要求。因此，在機體就位之后，要判斷精度是否滿足要求，判斷缸孔平面加工是否滿足工藝要求，并分析主軸孔軸線加工是否達到了工藝要求。

5 空間孔系加工的注意事項

在空間孔系的加工過程中，有較多因素可能會對加工質(zhì)量造成影響。例如，在一面兩銷定位方式中，角度調(diào)整彎板，在其平面定位塊中，不同的磨損程度，將會對空間孔系軸線位置產(chǎn)生巨大的影響。在角度彎板傾斜面中放置工件的時候，如果不具有較大的傾斜角度，平面定位塊的磨損，不會對其造成太大的影響，但如果傾斜角度增加，則產(chǎn)生的影響也會隨之增加。所以，要經(jīng)常性的檢查定位塊，避免發(fā)生加工質(zhì)量問題。另外，角度彎板在對定位元件進行更換之后，在原有的工件設(shè)計基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)孔上，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)會發(fā)生一定的改變。所以，在角度彎板每次對定位銷、定位塊進行更換的時候，都需要重新修訂工藝基準(zhǔn)孔坐標(biāo)，從而確?？臻g孔系的加工質(zhì)量。

6 結(jié)束語

在空間孔系加工當(dāng)中，大部分類型的空間孔系都對加工精度具有較高的要求。隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了很多多軸聯(lián)動加工中心，因而使得空間空隙加工方法也更加豐富。角度彎板是空間孔系加工中常用的設(shè)備，應(yīng)對其進行優(yōu)化設(shè)計，以提升加工精度。在空間孔系加工中，要對加工基準(zhǔn)和方法進行充分把握，從而確保加工精度和加工質(zhì)量。

參考文獻：

[1]紀(jì)廣波，賈真開，郭治軍.雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控加工空間孔的坐標(biāo)偏置算法建模[J].航空精密制造技術(shù)，2015，51（1）：34-36.

[2]劉洲，張平，李新濤，等.大型深孔加工機床在線檢測系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2016（9）：88-90.

[3]韓正銅，顧蘇軍，胡元.箱體零件的孔系加工方法與精度分析——《機械制造工程學(xué)》課程教學(xué)中的典型零件加工專題[J].教育教學(xué)論壇，2015（13）：93-94.

[4]畢運波，涂國嬌，方偉，等.環(huán)形軌自動化制孔系統(tǒng)孔位修正方法[J].浙江大學(xué)學(xué)報工學(xué)版，2015，49（10）：1863-1869.

[5]馬二萍，譚小群，李樹軍，等.基于實時檢測的飛機對合面加工系統(tǒng)設(shè)計和研究[J].機械制造，2016，54（1）：46-48.

[6]林 ，魏海波，孫清.基于交流伺服和步進驅(qū)動控制的玻璃數(shù)控鉆孔技術(shù)研究[J].機電工程，2015，32（2）：261-264.

[7]萬世明，陳亞麗，肖爽，等.基于行列式柔性工裝快速重構(gòu)方法的研究[J].航空制造技術(shù)，2015，489（19）：80-82.

[8]蔡燕燕，胡舜娥，江浩川，等.循環(huán)荷載下濱海風(fēng)積砂孔壓發(fā)展規(guī)律試驗研究[J].地下空間與工程學(xué)報，2016，12（5）：1211-1218.