CN102179541A - 相贯交叉孔加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相贯交叉孔加工方法，其步骤为：1）先在工件本体上加工出第一结构孔：2）在工件本体上钻取与第二结构孔同轴的预制孔，预制孔直径小于第二结构孔的设定直径，预制孔和第一结构孔各自所围的空间无重叠区域，预制孔为通孔；3）采用带导向结构的扩孔钻，对预制孔进行扩孔操作，形成第二结构孔；本发明的有益技术效果是：简化了相贯交叉孔的加工工序，中途无需更换刀具，简化了设备结构，在提高效率的同时，还保证了相贯交叉孔的加工精度。

Description

相贯交叉孔加工方法

技术领域

本发明涉及一种机械加工工艺，尤其涉及一种相贯交叉孔加工方法。

背景技术

相贯交叉孔是机械行业中的常用结构，以两个结构孔相贯交叉为例，其结构形式可分为两孔轴线垂直的正交和两孔轴线不垂直的斜交，“正交”和“斜交”又各自包含了两孔轴线所在平面重合或平行两种情况，而且还可细分为两孔部分重叠或一孔在某一区域将另一孔完全覆盖两种情况。

加工相贯交叉孔时，钻头很容易在两孔交界处发生偏斜，导致所加工出的孔发生轴心线偏移，影响产品质量；究其原因，主要是钻头受力不均造成的，钻头受力原理可简述为：参见图1、2，理想的钻头，其钻头顶尖应在钻头的轴心线上，左右切削刃长度相同且与轴心线的夹角对称，这样才能保证左右切削刃所受的来自被切削物的切削抗力相等，从而使钻出的孔的轴心线与切入点所在的轴心线平行、同轴；参见图3、4、5、6，实际生产中，钻头容易出现顶尖偏心、左右切削刃不等长或左右切削刃与轴心线夹角不对称的情况，用这种非理想的钻头进行钻孔操作时，由于左右切削刃所受的切削抗力不相等，钻头在行进过程中就会向所受切削抗力较小的那侧倾斜，造成钻孔轴心线偏移；

前面介绍了钻头的受力原理，在相贯交叉孔的两孔交界处，钻头的受力情况与非理想参数条件下的钻头受力情况相似：参见图7，图中所示为一典型的钻取交叉孔的操作过程示意图，图中标记D所示即为一已先期钻好的孔，钻头所在孔即为正在钻取的与D孔部分交叠的另一孔，当钻头行进至A点位置时，由于D孔已被挖空，向钻头提供向左的切削抗力的结构体逐渐减少，至B点位置时，完全没有结构体可提供切削抗力，钻头右侧的切削刃无切削对象，钻头没有受到来自右侧的切削抗力，而钻头左侧的切削刃与结构的实心部分接触，结构的实心部分不断地向钻头施加向右的切削抗力，由于左右切削抗力不等，钻头向右发生偏斜，钻头离开D孔区域到达C点时，由于从B点到C点之间的过程中，钻头都持续只受到向右的切削抗力作用，其偏斜的角度已经相当大了。因此，两孔交界处的钻头受力可认为是一种极端的受力不平衡情况（即一侧受切削抗力另一侧无切削抗力），因此，相贯交叉孔的两孔交界处的钻孔质量已与钻头本身的参数条件没有必然联系了，即无论钻头是否理想，都很容易发生钻孔歪斜；如果继续往下钻，钻出的孔的轴线偏移量会越来越大，甚至使已钻出的孔被切削为椭圆形孔或使钻头折断。

参见图8，现有技术中解决此问题的方法是：当钻头钻至两孔交界处时，停止并退出钻头，采用底部带切削刃的杆铣刀对孔进行铣削操作（类似加工半孔的操作，如图8左侧所示），从A点铣削至C点，然后再换用钻头继续进行钻孔操作，由于铣削操作效率十分低下，导致加工带相贯交叉孔的工件的效率也变得很低，而且中途还需要对钻头和杆铣刀进行切换操作，使工艺和设备的复杂程度也都相应提升了。

正是由于前面所分析的钻孔难度，导致了现有技术中，相贯交叉孔结构的加工两交叉孔中心距很难保证，工序多，成本耗费大，加工效率低等，而且这一问题困扰业界多年。

发明内容

为解决背景技术中的问题，本发明提出了一种相贯交叉孔加工方法，先加工的结构孔记为第一结构孔，后加工的结构孔记为第二结构孔；加工的步骤为：

1）在工件本体上钻取第一结构孔：比较两个结构孔的设定长度，先对设定长度较小者进行钻孔操作，得到满足要求的第一结构孔；

若两个结构孔的设定长度相同，则比较两个结构孔的设定直径，先对设定直径较小者进行钻孔操作，得到满足要求的第一结构孔；

若两个结构孔的设定直径也相同，则对两结构孔中的任意一者先进行钻孔操作，得到满足要求的第一结构孔；

2）在工件本体上钻取预制孔，预制孔与第二结构孔同轴，且预制孔直径小于第二结构孔的设定直径，预制孔和第一结构孔各自所围的空间无重叠区域，预制孔为通孔；

3）采用带导向结构的扩孔钻，对预制孔进行扩孔操作，扩孔操作过程中，导向结构始终处于扩孔钻前方的预制孔内；扩孔后，预制孔即形成第二结构孔；

第一结构孔和第二结构孔各自所围的空间有重叠区域。

预制孔和第一结构孔的孔壁间的最短直线上的工件本体厚度为1mm以上。

所述导向结构为实心圆柱体或小直径钻头，导向结构设置在扩孔钻的钻体的前端，实心圆柱体和小直径钻头的直径与预制孔直径匹配，钻体直径与第二结构孔的设定直径匹配。

导向结构采用小直径钻头，步骤2）、3）中，钻取预制孔的操作和扩孔操作由小直径钻头和钻体连续完成：即步骤2）中，钻取预制孔的操作由小直径钻头完成；步骤3）中，扩孔操作由连接在小直径钻头尾端的钻体完成。

本发明的有益技术效果是：简化了相贯交叉孔的加工工序，中途无需更换刀具，简化了设备结构，在提高效率的同时，还保证了相贯交叉孔的加工精度。

附图说明

图1、理想钻头尺寸参数示例示意图；

图2、理想钻头切削刃处受力情况局部放大图；

图3、非理想钻头尺寸参数示例示意图一；

图4、非理想钻头切削刃处受力情况局部放大图一；

图5、非理想钻头尺寸参数示例示意图二；

图6、非理想钻头切削刃处受力情况局部放大图二；

图7、相贯交叉孔加工中，两孔交界处钻头受力情况分析图；

图8、现有技术中，解决两孔交界处钻孔问题的加工方式示意图；

图9、本发明的相贯交叉孔加工方法的实施流程图一；

图10、本发明的相关交叉孔加工方法的实施流程图二；

图11、典型相贯交叉孔结构零件结构示意图。

具体实施方式

为叙述清楚，先作如下定义：先加工的结构孔记为第一结构孔，后加工的结构孔记为第二结构孔；本发明的加工步骤为：

1）在工件本体1上钻取第一结构孔：比较两个结构孔的设定长度，先对设定长度较小者进行钻孔操作，得到满足要求的第一结构孔；先对长度较短者进行钻孔操作，有利于加工后一结构孔时获得较大的导向段长度，避免因导向段短造成结构强度降低导致两孔交叉段出现偏斜和中心距改变的问题，提高加工精度；

若两个结构孔的设定长度相同，则比较两个结构孔的设定直径，先对设定直径较小者进行钻孔操作，得到满足要求的第一结构孔；先对直径较小者进行钻孔操作，可以使加工后一结构孔时采用较大的钻头和导向结构2，也就提高了钻头和导向结构2的刚度，提高了加工效率；

若两个结构孔的设定直径也相同，则对两结构孔中的任意一者先进行钻孔操作，得到满足要求的第一结构孔；

在制作第一结构孔时，采用普通的钻孔工艺即可；

2）在工件本体1上钻取预制孔1-1，预制孔1-1与第二结构孔同轴，且预制孔1-1直径小于第二结构孔的设定直径，预制孔1-1和第一结构孔各自所围的空间无重叠区域，预制孔1-1为通孔；

由于预制孔1-1和第一结构孔各自所围的空间无重叠区域，不存在两孔交界处难于加工的问题，故采用普通钻孔工艺即可；由于预制孔1-1与第二结构孔同轴，也就确定了第二结构孔的轴心线位置；预制孔1-1设置为通孔，是为了使导向结构2能够在后续扩孔操作中，与扩孔钻同步前进；

3）采用带导向结构2的扩孔钻，对预制孔1-1进行扩孔操作，扩孔操作过程中，导向结构2始终处于扩孔钻前方的预制孔1-1内；扩孔后，预制孔1-1即形成第二结构孔；第一结构孔和第二结构孔各自所围的空间有重叠区域，也就形成了相贯交叉孔结构；

由于导向结构2始终处于扩孔钻前方的预制孔1-1内，预制孔1-1对导向结构2起到了限位和导向的作用，使导向结构2的行进方向与预制孔1-1的轴心线完全一致，再由导向结构2将限位和导向作用传递给钻体3，也就使得钻体3的行进方向与预制孔1-1的轴心线完全一致，也即保证了最终得到的第二结构孔的轴心线位置正确；预制孔1-1的限位和导向作用，避免了因切削刃一侧无切削对象而造成的切削抗力不均问题，进而解决了钻头前进方向偏移轴心线的弊端，也就解决了钻头在相贯交叉孔的两孔交界处发生歪斜的问题；

本发明方法摈弃了现有技术中需要在两孔交界处换用杆铣刀进行铣削操作的工序，既保证了产品加工质量，又简化了工序，还使得加工效率大幅提升，降低了成本，间接地使加工设备的结构也得到了简化；

为了避免在钻取预制孔1-1时将第一结构孔钻破，预制孔1-1和第一结构孔的孔壁间的最短直线上的工件本体1厚度为1mm以上。

所述导向结构2为实心圆柱体或小直径钻头，导向结构2设置在扩孔钻的钻体3的前端，实心圆柱体和小直径钻头的直径与预制孔1-1直径匹配，钻体3直径与第二结构孔的设定直径匹配。

导向结构2采用实心圆柱体时，实心圆柱体只起导向和限位作用；导向结构2采用小直径钻头时，还可使步骤2）和步骤3）的操作合二为一，由同一钻头完成预制孔1-1和第二结构孔的制作步骤，即由小直径钻头完成步骤2）中钻取预制孔1-1的操作，然后钻头继续钻进，由连接在小直径钻头尾端的钻体3完成步骤3）的扩孔操作；这样做的好处是，避免了更换钻头，进一步的简华设备结构和工序，提高加工效率。

参见图9，图中所示即为导向结构2采用实心圆柱体时的加工过程，从上至下分别为：采用普通钻头，在第一结构孔已经制作好的工件本体1上钻取预制孔1-1，然后，换用带实心圆柱体的扩孔钻，进行扩孔操作，整个扩孔过程中，实心圆柱体始终位于钻体3前方的还未被扩孔的预制孔1-1内，直至预制孔1-1全长都被钻体3扩孔后为止。

参见图10，图中所示即为导向结构2采用小直径钻头时的加工过程，从上至下分别为：采用小直径钻头，在第一结构孔已经制作好的工件本体1上钻取预制孔1-1，然后小直径钻头和钻体3一起继续钻进，小直径钻头在钻取预制孔1-1的同时，钻体3紧接着对预制孔1-1进行扩孔，这种方法的效率比采用实心圆柱体的方法的效率更加高效。

相贯交叉孔这类结构在机械制造、加工中的应用十分广泛，尤其是在一些可反复拆卸的机件结构中经常使用，图11所示的摩托车换档臂中的组合零件“花键套块”（俗名：馒头铁，图中标记F处即为该零件）即为这类相贯交叉孔结构的典型结构。本发明方法不仅能可靠地保证这类零件的中心距质量，同时，还能大幅度提高加工效率。

Claims (4)

1.一种相贯交叉孔加工方法，其特征在于：先加工的结构孔记为第一结构孔，后加工的结构孔记为第二结构孔；加工的步骤为：

1）在工件本体（1）上钻取第一结构孔：比较两个结构孔的设定长度，先对设定长度较小者进行钻孔操作，得到满足要求的第一结构孔；

若两个结构孔的设定长度相同，则比较两个结构孔的设定直径，先对设定直径较小者进行钻孔操作，得到满足要求的第一结构孔；

若两个结构孔的设定直径也相同，则对两结构孔中的任意一者先进行钻孔操作，得到满足要求的第一结构孔；

2）在工件本体（1）上钻取预制孔（1-1），预制孔（1-1）与第二结构孔同轴，且预制孔（1-1）直径小于第二结构孔的设定直径，预制孔（1-1）和第一结构孔各自所围的空间无重叠区域，预制孔（1-1）为通孔；

3）采用带导向结构（2）的扩孔钻，对预制孔（1-1）进行扩孔操作，扩孔操作过程中，导向结构（2）始终处于扩孔钻前方的预制孔（1-1）内；扩孔后，预制孔（1-1）即形成第二结构孔；

第一结构孔和第二结构孔各自所围的空间有重叠区域。

2.根据权利要求1所述的相贯交叉孔加工方法，其特征在于：预制孔（1-1）和第一结构孔的孔壁间的最短直线上的工件本体（1）厚度为1mm以上。

3.根据权利要求1所述的相贯交叉孔加工方法，其特征在于：所述导向结构（2）为实心圆柱体或小直径钻头，导向结构（2）设置在扩孔钻的钻体（3）的前端，实心圆柱体和小直径钻头的直径与预制孔（1-1）直径匹配，钻体（3）直径与第二结构孔的设定直径匹配。

4.根据权利要求3所述的相贯交叉孔加工方法，其特征在于：导向结构（2）采用小直径钻头，步骤2）、3）中，钻取预制孔（1-1）的操作和扩孔操作由小直径钻头和钻体（3）连续完成。

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