空间孔系加工基准和方法的研究

孟香苓+张发铭+韩旭

摘 要：空间孔系是一个零部件当中较为常见的部分，对于装配后的机械性能有着重要的影响。文章主要对空间孔系的分类及特点进行了介绍，同时介绍了不同类空间孔系的工艺原则。在此基础上，对空间孔系的加工方法进行了分析，进而研究了如何确定空间孔系轴线加工的位置，最后对空间孔系加工当中的相关注意事项进行了阐述。通过文章的研究，希望能够促进空间孔系加工效率和加工质量的进一步提升。

关键词：空间孔系；加工基准；方法；研究

中图分类号：TH16 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）21-0077-02

前言

对于壳体类、箱体类零件来说，在设计当中，需要在不同表面，对相互对应的各类孔系进行设计，使之能够满足相应功能的需求。例如，在相互垂直的两个平面，对轴承安装座孔进行设计，形成伞状齿轮传动装置。在机体主轴串孔和缸孔之间，形成曲轴连杆机构，以及相互空间贯通的油路等。空间孔系指的是存在于三维空间中的不同表面，且具有相互对应关系的孔系。对于孔系加工基准和方法进行研究，对于孔系的空间对应关系具有重要影响，并且会对零部件装配位置关系产生直接的作用，因而具有很高的重要性。

1 空间孔系的分类及特点

空间孔系具有不同的对应要求，因此加工精度、加工方法有所区别。以一个表面孔系为基准，根据不同零件装配要求，空间孔系对基准具有较大的形位公差。根据不同的装配要求对空间孔系中各孔相对位置的要求，空间孔系主要分为装配关系空间孔系、相贯关联空间孔系、独立装配空间孔系等类型。其中，第一类空间孔系指的是装配关系较为严格，对空间孔系形位公差要求较高，其加工质量，将会对装配质量造成直接影响[1]。在第二类空间孔系中，虽然存在相互关系，但是并没有太高的要求，对于形位公差要求也相对较低。这种空间孔系只需要相通即可，并没有严格的对应关系要求，为确保管路相同，也可对不同孔径的工艺孔进行相贯。在另一些空间孔系当中，虽然标注了孔系的角度、中心线位置等，不过，其装配零件是独立存在的，和其他零部件之间，不存在相互管理，是一种独立装配，因而成为独立空间孔系。

2 不同空间孔系工艺原则

在零件结构性分析、制定工艺之前，要根据装配要求，对空间孔系进行汇总、分类。根据空间孔系的分类及特点，分别对不同的加工方法、加工原则加以运用，从而确保零件装配质量满足要求，并达到理想的经济性、精确性。在零件公差当中，主要包括了尺寸公差、形位公差。其中，形位公差会受到工艺装备、加工设备的影响，尺寸公差则主要受到加工刀具、加工人员的影响。根据不同的空间孔系分类，对专用工艺装备、高精度机床进行选择，对空间孔系形位公差进行控制[2]。在装配关联空间孔系、相贯关联空间孔系中，必须对特殊附件头、专用工艺装备进行使用，装配关联空间孔系则通常具有更高的要求。而在独立装配空间孔系中，只需对基准面、孔系中心线之间的角度关系进行确保，利用毛坯外形确定位置即可，能够对工艺装配设计难度进行简化，同时提高零部件外观美感。

3 空间孔系的加工方法

在空间孔系的加工当中，实质上是机床主轴沿孔系轴线的运动。因此，空间孔系轴线、机床主轴运动轨迹能否嚴格符合，对于孔系加工质量将会产生直接的影响。在当前空间孔系的加工当中，可以对孔系轴线进行旋转，使其与机床主轴达到平行状态，可以利用角度弯板进行加工。还可以使机床主轴或附件头沿着孔系轴线进行插补运动[3]。在加工中，使用角度弯板对孔系轴线进行调整，可以根据定位基准，让工件绕工件基准孔系轴线进行旋转，使加工孔系轴线和机床主轴达到同一平面。也可以实用且些角度平板，对工件基准面进行一定角度的旋转，让孔系轴线和机床主轴达到平行。

在设计专用工装的过程中，对两个相互垂直工装定位基准面进行设计，从而满足立式加工、卧式加工中心的不同要求。在加工中心多轴联动作沿孔系轴线直线插补过程中，机床主轴沿着孔系轴线进行插补运动，同时联动X、Y、Z三轴，对于加工中心、数据计算都具有较高的精度要求，但加工质量相对较低。所以，在实际加工当中，对附件头、工艺装备进行应用，对一项角度进行调整，让加工中心主轴进行两轴联动，从而更好的加工空间孔系。在机体空间孔系加工中，可利用30°弯板，对缸孔轴线进行调整，达到铅锤向，与龙门加工中心达到一致的主轴方向[4]。

在制造30°弯板中，如果角度精度不足，在机体主轴串孔中心和缸孔之间，相交度、垂直度存在较大差异，可以在对集体加工精度进行精确测量的基础上，利用双轴联动的方法，通过加工中心进行补偿，使加工精度得到提高。可对附件头进行多角度旋转，完成基准平面角度旋转[5]。例如，在五面体加工中心中，对全角度加工附件头进行了应用，在铅锤向、水平向等方向，都能够满足机床主轴的360°旋转定位，从而确保空间孔系轴线、机床主轴之间良好的重合。在空间孔系加工中，对于角度弯板的使用较多。在工艺装备定位中，可采用三面定位、两面一销定位、一面两销定位等方法，具体方法要根据不同工件进行选择。

4 空间孔系轴线加工位置确定

在空间孔系加工当中，对全角度附件头进行应用，加工中心操作系统，能够对附件头运行轨迹进行自行计算。所以，在工件就位之后，只需检测工件基准面、基准孔，并将检测结果，当作附件头运行轨迹目标值。对空间孔系轴线，利用工艺装备进行旋转，在工装设计当中，对代加工孔平行工艺基准孔进行预先设计，作为对刀基准。对空间孔系进行研究和设定，能够对空间孔系中心线设定进行简化[6]。只需对空心中心线位置、形位关系进行确定，就能够对孔系位置、形位关系进行确定，通过以线代面的方式，对计算进行简化。

对孔系中心线进行调整，使其与机床主轴达到平行。例如在立式机床当中，铅垂线作为机床主轴，需要对工件进行两次旋转，即经过水平旋转和倾斜旋转，才能满足要求。对空间角度斜孔进行加工的过程中，在工艺计算、工件定位调整等方面，都具有较高的复杂性[7]。同时，如果采取不同的旋转方向，将会造成计算结果的不同。在空间孔系的实际加工当中，空间孔系轴线在调整之后，工件设计基准是轴线、斜面的交点。对于这一点的坐标，难以通过测量的方法进行获取，所以，在设计工装的时候，也要对工艺基准孔进行设计。

设定了工艺基准孔，和工件设计基准尽量达到整数的数值，可在工装组装完毕之后，对工艺孔进行组合加工。如果空间孔系对于位置精度具有很高的要求，应当校正零件加工基准、其它工序加工质量等，从而消除工艺装备定方位误差、其它工序加工误差等，对工序加工精度造成的影响[8]。例如，在机体缸孔加工加工当中，对于轴线位置度、和主轴孔轴线相交度等，都具有很高的要求。因此，在机体就位之后，要判断精度是否满足要求，判断缸孔平面加工是否满足工艺要求，并分析主轴孔轴线加工是否达到了工艺要求。

5 空间孔系加工的注意事项

在空间孔系的加工过程中，有较多因素可能会对加工质量造成影响。例如，在一面两销定位方式中，角度调整弯板，在其平面定位块中，不同的磨损程度，将会对空间孔系轴线位置产生巨大的影响。在角度弯板倾斜面中放置工件的时候，如果不具有较大的倾斜角度，平面定位块的磨损，不会对其造成太大的影响，但如果倾斜角度增加，则产生的影响也会随之增加。所以，要经常性的检查定位块，避免发生加工质量问题。另外，角度弯板在对定位元件进行更换之后，在原有的工件设计基准、工艺基准孔上，关联数据会发生一定的改变。所以，在角度弯板每次对定位销、定位块进行更换的时候，都需要重新修订工艺基准孔坐标，从而确保空间孔系的加工质量。

6 结束语

在空间孔系加工当中，大部分类型的空间孔系都对加工精度具有较高的要求。随着数控加工技术的不断发展，出现了很多多轴联动加工中心，因而使得空间空隙加工方法也更加丰富。角度弯板是空间孔系加工中常用的设备，应对其进行优化设计，以提升加工精度。在空间孔系加工中，要对加工基準和方法进行充分把握，从而确保加工精度和加工质量。

参考文献：

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