喷嘴多工位钻模设计
[摘 要]滑油喷嘴是航空发动机传动装置中润滑齿轮所用，产品的技术要求中指出所有的喷口应进行流量和打靶试验，因此它的位置、角度都有一定的精度要求。通常喷嘴中有3个或更多不同角向，径向的喷油孔，采用一套夹具将多孔位一道工序加工合格，能很大程度减轻劳动强度，减少装夹时间，提高生产率，本文以某喷嘴阐述多工位钻模设计方案。
[关键词]多工位；增效；精度分析；六点定位
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0092-02
1、可行性分析
1.1 分析工件的加工特征
工件属轴类零件，尺寸较小，且所需加工的孔都为径向方面的孔，这就为能够实现将其在一套工装上加工及工装的体积小，重量轻提供了可能。
1.2 定位、夹紧、对定的设计可行性分析
工件所需加工的孔在长度方向上都靠近同一侧，虽然位置不同、空间位置不同，但加工各孔用的定位装置，夹紧位置都可以相同，在加工过程中不会产生干涉现象。而且由于本套工装为钻模夹具，工人钻削时钻头的对定可以直接利用工装中所给出的钻套来实现，而这些钻套可以镶嵌在可以在一套夹具体即钻模板上，为一套工装实现多工位加工提供了可能。
2、钻模结构设计论证
2.1 总体结构论证
2.1.1 定位基准的选择。从加工工序来看，基准A、B和C加工精度较好，且与所需加工孔的位置尺寸的原始基准重合，因此选择基准A、B和 C作为主定位基准是正确的，也符合了可行性分析的要求，既在加工各孔时定位基准一致。又因各孔对O—O轴线有角向要求，因此还需要选择一孔D作为角向定位基准，从60t加工尺寸来看，D基准孔对于A、B、C都有公差要求，且孔径尺寸公差较小，作为定向孔角向误差也相对较小。
2.1.2 夹具定位的选择
按照上述确定的定位基准，在夹具体上选择A为圆柱孔面、B为圆柱孔面、C为平面对零件进行定位，如图1所示：
在空间直角坐标系（即OXYZ）中，圆柱孔面A 和圆柱孔面B限制了零件的四个自由度，即沿y轴方向的移动，沿z轴方向的移动，绕y轴方向的转动，绕z轴方向的转向的转动，平面C限制了零件的一个自由度，沿x轴方向的移动。内圆柱面D限制了零件的一个自由度，即绕x轴方向的转动。这样工件在夹具体上的定位符合六点定位原则，工件在夹具体上有了一个唯一的位置。
2.1.3 零件夹紧位置的选择
通过上面对零件定位基准的选择，我们可以确定零件的压紧位置。因为合理的压紧位置应该使零件压紧时，能够不破坏定位时所取得的位置，因此我们选择了压紧侧面凸耳端面的位置。
2.1.4 分度装置及正弦台底座的设计
2.1.4.1分度装置的设计
由于需加工孔的位置相对于O——O轴线存在着三个不同角度的15°40′、24°、27°30′。若要实现多工位钻模的设计，即在同一工装上实现加工3个孔的要求，则在夹具圆周上必须设计分度装置。
其中定位体15不但起对工件的定位作用，而且通过将其进行旋转，使工件加工出不同角度的孔。这一过程是通过将插棒插入定位体两孔中实现的。件15上有3处基准孔，分别标记为A孔、B孔、C孔，底座件2上分别与之对应A 孔成27°30′，B孔成24°，C孔成15°40′。
随之旋转，插棒则分别插入底座件2的各分度孔中，由于底座上各分度孔之间相互位置与工艺对零件的要求一致，因此随着定位体15的旋转，插棒插入各个对应位置，零件在夹具体上的不同加工位置即被确定下来，使零件能够在一套钻模上加工出周向不同角度的孔，而且操作简单、可靠。
2.1.4.2正弦台底座的设计
在零件所需加工的3个孔中，E-E剖面的孔只存在周向上的角度要求，这已经通过分度装置得以实现。但D-D剖面和F-F剖面的孔，不但分别存在着周向上的角度要求15°40′和27°30′，同时分别还存在着径向上的角度要求75°和56°，这样通过分度装置只能满足其周向上的角度要求，而径向上的角度要求需要改变钻模的定位底座面的角度来实现，因此，这需要考虑将钻模底座设计成为活动的正弦台形式。
3、夹具的精度分析
3.1零件各孔在长度方向上对定位基准C的尺寸要求精度分析
由于定位基准与原始基准重合，故基准不重合误差为零，那么影响夹具的定位误差则根据公式：ΔAZ+ΔDD+ΔGC≤δ
式中：ΔAZ———安装误差 式中：ΔDD———对定误差
式中：ΔGC———过程误差 式中：δ———是工件的公差
根据上述公式可有 ΔAZ≤δ/3
ΔAZ包括定位误差和夹紧误差，由于夹紧方向与定位面支承方向一致，所以夹紧误差为零，也就是安装误差就是定位误差。总图中D-D孔的尺寸94±0.02， E-E孔的尺寸123.5±0.02，F-F孔的尺寸148.5±0.02远远小于工件所要求的公差94.5±0.125、123.5±0.125、148.5±0.125，因此精度合格。
3.2 零件各孔径的尺寸要求精度分析
在钻模中，零件各孔径的尺寸要求精度是通过钻模中钻套给定的尺寸要求精度直接保证的。在总图中，各钻套给定的尺寸要求最大间隙为+0.020，远远小于工件的要求精度+0.1，因此精度合格。
3.3零件在圆周方向上的角度要求精度分析
零件在圆周方向上的角度要求精度是通过分度装置的精度来保证的。分度装置的误差，主要表现在分度盘的各分度装置之间的相互位置误差，即分度误差。本套钻模采用的是盘式分度装置，影响其分度误差的主要因素有如图所示：
图3
Z1——分度销与其导引孔的配合间隙 Z2——分度销的工作表面与分度盘上孔座的配合间隙Z3——分度盘的转轴与其支承轴套间的配合间隙。ε1——分度销导引表面与工件表面间的位置误差。对转动的圆形分度销而言，即跳动量。
Δα——分度盘上各孔座间的分布位置误差
其中Z1 、Z2、ε1将使分度盘在每一工位绕转轴摆动，Z3 还使分度盘绕分度销摆动，Δα将使分度盘在每次分度时绕转轴转过的角度发生变化。由于工件上直接给出了角度要求，而且是待加工孔對基准孔的要求，因此用下列公式来分析：分度盘的摆动E：分度盘摆动，系指每个分度位置时，分度盘位置的不确定性，影响这项误差的因素是 Z1 、Z2、Z3、ε1，其表示公式为：
其中，在本套钻模中Z1max=0.015+0.019=0.034
Z2max=0.012+0.008=0.020
代入数值：ε1=0.005 Z3max=0.01 R=40
E=0.001725==0°5′56″
分度误差 ±1ω/ 2=E+Δα/2R=0°7′39″
±ω= 0°15′18″
这一数值小于零件各孔在圆周方向上的角度公差要求±0.125/15=±0 °28′40″，因此精度合格，满足要求。
4、该钻模的优点
4.1使用方便
整个钻模结构紧凑，重量轻，搬卸方便。工件定位装夹简单易操作，加工时，工人只需把工件装上夹具，定位、夹紧之后，按照操作规程，无须试削，加工即方便又减轻了工人的劳动强度，并确保了加工精度。
4.2 便于制造与维修
夹具体采用了45号钢的焊接结构，焊接结构容易制造，生产周期短 ，夹具体磨损后容易修理。
4.3 效率高
多工位钻模的设计避免了更换，实现了零件的一次装夹定位，使零件在整个孔的加工过程中不必被卸下来，整个钻模设计大大节约了工人的辅助时间，减少了误差，提高了劳动生产率。
参考文献
[1]机械工程材料手册.机械工业出版社 2003年1月出版.
[2]机械设计手册.化学工业出版社2002年9月出版.
[3]机床夹具设计.机械工业出版社 1984年6月出版.
[4]机床夹具设计.上海科技出版社 1980年8月出版.