CN100594096C - 斜面钻孔定向工具及气缸盖上钻冷却水孔时的定向方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种斜面钻孔定向工具，该工具结构上包括莫氏芯轴、横轴、调整铜套、对线板、轴套、滚轮和轴端挡圈：莫氏芯轴上部为莫氏锥柄，下部为叉状体，叉状体上开有横轴孔，莫氏锥柄的轴心线与横轴孔轴心线垂直且相交；横轴穿于莫氏芯轴上的横轴孔内，在叉状体内侧的横轴上设有调整铜套和对线板，在叉状体的外侧横轴上对称设有两个滚轮；对线板上位于刀口部分的垂直横轴的平面为垂直基准面，平行所述的横轴的平面为平行基准面，垂直基准面和平行基准面的交线为刀口线，对线板在横轴可180°范围内自由转动。本发明的斜面钻孔定向工具具有结构简单、成本低，方向找正的精度较高和使用方便、快捷等优点，能满足对工件斜孔加工的精度要求。

Description

斜面钻孔定向工具及气缸盖上钻冷却水孔时的定向方法

技术领域

本发明涉及机加工领域，是用于普通摇臂钻床加工斜面孔前的方向找正，特别是适用于船用低速柴油机气缸盖冷却水孔钻孔前方向找正的一种斜面钻孔定向工具，以及利用该定向工具加工船用低速柴油机气缸盖冷却水孔时的定向方法。

背景技术

在机加工行业中，常遇到普通摇臂钻床需在盘形或圆柱形工件上加工斜孔。根据工件的6点定位原理，盘形或圆柱形工件的共同特性就是绕其轴心线转动的自由度缺少限制，也即其圆周向缺少定位基准。以使用可倾斜台面加工斜孔为例，台面的倾斜角容易测量并确定，而工件以平面为基准放置台面上(限制了3个自由度)并在工件的外圆安装2个定位柱(限制了2个自由度)后，就剩下绕工件轴心线转动的自由度未限制。因此，普通摇臂钻床在盘形或圆柱形工件上加工斜孔前，往往需要确定斜孔的方向，找正其圆周向的角度。

船用低速柴油机气缸盖是一种较大类型的盘类工件，设计上要求其燃烧室附近钻出多个冷却水孔，这些冷却水孔分布在气缸盖顶部及圆周方向上，并且均与气缸盖的中心轴线相交成一定夹角，某些气缸盖还要求冷却水孔两端钻中间正交。加工这些冷却水孔是气缸盖主要加工内容之一。船用低速柴油机气缸盖的结构如图1所示，图1是船用低速柴油机气缸盖上冷却水孔的示意图。

现有技术中，对于气缸盖上冷却水孔的加工通常分为两大类，一类是采用在数控加工中心上进行钻孔，通过数控的主轴角度调整和工作台转动来达到对气缸盖上冷却水孔的加工要求；另一类是在普通摇臂钻床上，使用可倾斜台面的转台进行钻孔，从而达到气缸盖上冷却水孔的加工要求。

使用普通摇臂钻床加工每批次气缸盖冷却水孔前，都涉及如何确保所钻孔轴心线与气缸盖轴心线相交在同一垂直面内。以工件安装在可倾斜台面的转台上为例，台面的倾斜角度确定后，就需找正工件的圆周向的角度。由于气缸盖工件本身重量较重，吊上转台时不易对准转台刻度，常采用其它的方法来找正工件的初始角度。采用在冷却水孔上划十字线，校对十字线中水平线的水平也不失为一种方法，但找正综合精度相对较差，也容易产生其他问题。

传统的方法是采用在工作台面上放置一个划针盘，用以校平水平中心线的办法使其转至要求位置(为表述方便，这里将与所找正的某一冷却水孔轴心线方向一致的中心线称为垂直中心线，与之相垂直的中心线称为水平中心线)。然后将摇臂钻床钻杆中心(钻尖)对准该被加工孔中心处(样冲眼)后锁定。如此，钻孔的定向方才完成，加工该批次的气缸盖该层面上的所有斜向冷却水孔仅需转动转台，使钻尖对准该被加工孔中心处样冲眼后即可。

采用划针盘校平水平中心线的办法所产生的问题是：如果所有冷却水孔无一正好位于气缸盖十字中心线上，这就需要在十字中心线上预设一个钻孔对准点，只有当钻尖与钻孔对准点对准并将钻杆锁定后才能再将转台转至钻尖对准真正钻孔位置，这就容易发生操作工在对准点误钻的质量事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种斜面钻孔定向工具及气缸盖上钻冷却水孔时的定向方法。利用该工具和方法加工盘形或柱形工件上的斜孔特别是船用低速柴油机气缸盖上的冷却水孔，配合普通摇臂钻床和可倾斜台面的转台使用，能够迅速准确找出其准确位置，并进行方向找正，提高了钻孔加工的精度和工作效率。

本发明中斜面钻孔定向工具的使用原理。

①莫氏锥柄(钻杆)的轴心线j与刀口线k形成了一个平面A，刀口线与两个滚轮外圆上的某一条共同母线也形成了一个平面B，该两个平面相互垂直，其相交线就是刀口线k；

②过设计要求的斜面孔轴心线m并与平面D垂直的一个平面为C，平面D为气缸盖上平面所在的平面，如果在平面D上划一条该斜面孔轴心线m在平面D上的投影线p，则该投影线p就是平面C与平面D的相交线，如图2所示。

③当上述平面B与平面D重合且两条相交线k与p重合时，平面A同平面C就重合在同一平面上。平面C上设计要求的斜面孔轴心线m与平面A上的莫氏柄部(钻杆)的轴心线j就在同一平面上了。

④如果设计要求的斜面孔轴心线m与斜面D的夹角为δ，当斜面与水平面的夹角为β＝90°-δ时，由于莫氏柄部(钻杆)的轴心线j与水平面垂直，则j与斜面D的夹角也为δ(β与δ互为余角)，j与m就平行了(内错角相等)。

⑤移动莫氏柄部(钻杆)的轴心线j至设计要求的斜面孔轴心线m处，j与m重合，即实际钻孔轴心线j与设计要求的斜面孔轴心线m一致。

基于上述原理，本发明的技术方案如下：

一种斜面钻孔定向工具，该工具结构上包括莫氏芯轴、横轴、调整铜套、对线板、轴套、滚轮和轴端挡圈：

所述的莫氏芯轴上部为莫氏锥柄，下部为叉状体，叉状体的两叶均相对开有横轴孔，莫氏锥柄的轴心线与所述的横轴孔轴心线垂直且相交；

所述的横轴穿于莫氏芯轴上的横轴孔内，在叉状体内侧的横轴上设有调整铜套和对线板，所述的调整铜套为两个，分布于所述对线板的两侧，在叉状体的外侧横轴上对称设有两个滚轮；

所述的对线板上位于刀口部分的垂直横轴的平面为垂直基准面，平行所述的横轴的平面为平行基准面，所述垂直基准面和平行基准面的交线为刀口线，所述的对线板在横轴上可180°范围内自由转动，转动的方向为以横轴为轴心，左右均可旋转90°；

所述的滚轮的半径等于横轴的轴心线至对线板平行基准面的距离。

一种利用上述的斜面钻孔定向工具对船用柴油机气缸盖冷却水孔钻孔前定向的方法，船用柴油机气缸盖上冷却水孔包括径向冷却水孔和斜向冷却水孔，径向冷却水孔与气缸盖轴线的夹角为90°，斜向冷却水孔与气缸盖的轴线夹角为α＝15°、β＝52°，该方法包括如下步骤：

第一步、确定气缸盖上钻孔的位置，在船用柴油机气缸盖上划出拦腰十字线，再在拦腰十字线上划出各斜向冷却水孔的位置，冷却水孔中心位置敲上样冲；

第二步、将气缸盖固定在钻台上，盖钻台可倾斜台面，调整台面夹角为52°；

第三步，划出校调线，该校调线划在船用柴油机气缸盖冷却水孔附近的气缸盖平面上，与盖斜向冷却水孔轴心线方向一致；

第四步，安装斜面钻孔定向工具，在钻床的钻杆未锁定状态下，将莫氏芯轴上部的莫氏锥柄安装于摇臂钻床钻杆锥度孔内；

第五步，校验气缸盖上冷却水孔的垂直度，将所述的斜面钻孔定向工具移动至所述的校调线附近，使对线板的刀口线与两个滚轮外圆上共同母线组成的滚轮外圆切面与气缸盖上划校调线的平面紧密贴合，检查校调线与刀口线的平行度，移动转台和钻杆，直至校调线与刀口线重合，完成β＝52°冷却水孔的钻孔定向。

第六步，α＝15°斜面冷却水孔的钻孔定向以及径向冷却水孔的钻孔定向也按照如上所述方法，则完成所有冷却水孔的钻孔定向。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下技术优点：

本发明的斜面钻孔定向工具具有结构简单、成本低，方向找正的精度较高和使用方便、快捷等优点，可以使普通摇臂钻床在可倾斜的台面上或可倾斜的转台上，对盘形或圆柱形工件在平面上划出偏斜角度方向线的任意方向的斜孔进行加工前的方向找正，能满足工件斜孔加工的位置精度要求。

附图说明

图1是船用低速柴油机气缸盖上冷却水孔的结构示意图。

图2是本发明中斜面钻孔定向工具的使用原理图。

图3是本发明中斜面钻孔定向存在误差的原理示意图。

图4是本发明中斜面钻孔定向工具的正视半剖图。

图5是本发明中斜面钻孔定向工具的侧视半剖图。

图6是本发明中利用斜面钻孔定向工具对船用柴油机气缸盖冷却水孔钻孔前定向操作的实施示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明斜面钻孔定向工具气缸盖上钻冷却水孔时的定向方法做进一步的详细阐述，但不能以此来限制本发明的保护范围。

某大型船用低速柴油机的气缸盖安装在柴油机上的燃烧室附近，除需加工2×27个径向冷却水孔(与气缸盖轴线的夹角为90°)外，还需加工43对斜冷却水孔，每对斜冷却水孔均分别以与气缸盖轴线的夹角α＝15°、β＝52°，且从两端钻入，以143°的夹角正交，因此要求在钻孔时必须保证其位置精度。

加工气缸盖上β＝52°斜向冷却水孔通常的做法是：

在气缸盖划出拦腰十字中心线(水平中心线一周与垂直中心线一周)的基础上，再划出各斜向冷却水孔位置，在各斜向冷却水孔中心敲上样冲，然后将气缸盖上平面固定在可倾斜台面的转台上，该转台预先调整台面与水平面夹角为52°。

加工上述孔时需要根据本发明的斜面钻孔定向工具，该工具的结构如图4和图5所示，图4是本发明中斜面钻孔定向工具的正视半剖图，图5是本发明中斜面钻孔定向工具的侧视半剖图。由图可知，本发明的斜面钻孔定向工具结构上包括莫氏芯轴01、横轴02、调整铜套03、对线板04、轴套05、滚轮06和轴端挡圈。

莫氏芯轴01上部为莫氏锥柄，下部为叉状体，叉状体的两叶均相对开有横轴孔，莫氏锥柄的轴心线与所述的横轴孔轴心线垂直且相交。

横轴02穿于莫氏芯轴01上的横轴孔内，横轴02的中间部分穿于叉状体的内侧，两端部分伸出于叉状体外侧，在叉状体内侧的横轴02上设有调整铜套03和对线板04，所述的调整铜套03为两个，分布于所述对线板04的两侧，在叉状体的外侧横轴03上对称设有两个滚轮06。

对线板04上位于刀口部分的垂直于横轴02的平面为垂直基准面，平行于横轴02的平面为平行基准面，上述垂直基准面和平行基准面的交线为对线板04的刀口线，对线板04在横轴02上可180°范围内自由转动，转动的方向为以横轴02为轴心，左右均可旋转90°。

滚轮06的半径等于横轴02的轴心线至对线板平行基准面的距离，则可保证刀口线与滚轮06上共同的母线形成一个平面。

在对气缸盖进行定向时，需要将位于气缸盖十字中心线上的某一冷却水孔轴心线m′转到垂直位置，否则其偏转某个角度ε就会使冷却水孔轴心线m′与气缸盖轴心线n错开一段距离L，如图3所示，图3是本发明中斜面钻孔定向存在误差的原理示意图，使用本发明的斜面钻孔定向工具就可避免这样的问题产生。

利用本发明的斜面钻孔定向工具，需要先在待钻孔的任一被加工的斜向冷却水孔附近的气缸盖平面上，划出一条与该斜向冷却水孔轴心线方向一致的校调线(方向线)p，见图6，图6是本发明中利用斜面钻孔定向工具对船用柴油机气缸盖冷却水孔钻孔前定向操作的实施示意图。

然后，使用本发明的斜面钻孔定向工具，将莫氏柄部安装于摇臂钻床钻杆锥度孔内。由于钻杆在未锁紧状态下能自由转动、对线板可在横轴上180°范围内自由转动，因此可使对线板刀口线与两个滚轮外圆上的某一条共同母线所组成的滚轮外圆切面与被加工工件气缸盖上已划出的校调线的平面紧密贴合。这时，检查校调线与刀口线的平行度，根据校调线与刀口线的平行情况，转动转台并移动钻杆，直至该校调线与刀口线重合。至此，钻杆轴心线与设计要求的该被加工的斜向冷却水孔轴心线平行了，钻孔的定向完成。

最后，将摇臂钻床钻杆中心(钻尖)对准该被加工的斜向冷却水孔中心处(样冲眼)后锁定。如此，钻β＝52°的斜向冷却水孔的定向、定位均完成，加工该批次的气缸盖该层面上的所有斜向冷却水孔仅需转动转台，使钻尖对准该被加工孔中心处的样冲眼即可。

α＝15°斜面冷却水孔的钻孔定向以及径向冷却水孔的钻孔定向(可将该孔视作与气缸盖轴心线夹角为90°的特殊斜孔)也参照如上所述方法，这里不作赘述。

毫无疑问，上述实施例只是本发明的一种斜面钻孔定向工具的具体应用，事实上该定向工具适用于普通摇臂钻床加工任意斜向孔前的方向找正，仅需在该孔附近的平面上划出一条与该孔轴心线方向一致的校调线(方向线)而已。

Claims (2)

1.一种斜面钻孔定向工具，其特征在于，该工具结构上包括莫氏芯轴(01)、横轴(02)、调整铜套(03)、对线板(04)、轴套(05)、滚轮(06)和轴端挡圈：

所述的莫氏芯轴(01)上部为莫氏锥柄，下部为叉状体，叉状体的两叶均相对开有横轴孔，莫氏锥柄的轴心线与所述的横轴孔轴心线垂直且相交；

所述的横轴(02)穿于莫氏芯轴(01)上的横轴孔内，在叉状体内侧的横轴(02)上设有调整铜套(03)和对线板(04)，所述的调整铜套(03)为两个，分布于所述对线板(04)的两侧，在叉状体的外侧横轴(03)上设有两个对称分布的滚轮(06)；

所述的对线板(04)上位于刀口部分的垂直横轴(02)的平面为垂直基准面，平行所述的横轴(02)的平面为平行基准面，所述垂直基准面和平行基准面的交线为刀口线，所述的对线板(04)在横轴(02)上可180°范围内自由转动，转动的方向为以横轴为轴心，左右均可旋转90°；

所述的滚轮(06)的半径等于横轴(02)的轴心线至对线板平行基准面的距离。

2.一种利用权利要求1所述的斜面钻孔定向工具对船用柴油机气缸盖冷却水孔钻孔前定向的方法，船用柴油机气缸盖上冷却水孔包括径向冷却水孔和斜向冷却水孔，径向冷却水孔与气缸盖轴线的夹角为90°，斜向冷却水孔与气缸盖的轴线夹角为α＝15°、β＝52°，其特征在于，该方法包括如下步骤：

第一步、确定气缸盖上钻孔的位置，在船用柴油机气缸盖上划出拦腰十字线，再在拦腰十字线上划出各斜向冷却水孔的位置，冷却水孔中心位置处敲上样冲；

第二步、将气缸盖固定在钻台上，该钻台具有可倾斜的台面，调整台面与水平面的夹角为52°；

第三步，划出校调线，该校调线划在船用柴油机气缸盖冷却水孔附近的气缸盖平面上，与盖斜向冷却水孔轴心线在气缸盖平面的投影方向一致；

第四步，安装所述的斜面钻孔定向工具，在钻床的钻杆未锁定状态下，将莫氏芯轴(01)上部的莫氏锥柄安装于摇臂钻床钻杆锥度孔内；

第五步，校验气缸盖上冷却水孔的垂直度，将所述的斜面钻孔定向工具移动至所述的校调线附近，使对线板(04)的刀口线与两个滚轮(05)外圆上共同母线组成的滚轮外圆切面与气缸盖上划校调线的平面紧密贴合，检查校调线与刀口线的平行度，移动转台和钻杆，直至校调线与刀口线重合，完成β＝52°冷却水孔的钻孔定向；

第六步，α＝15°斜面冷却水孔的钻孔定向以及径向冷却水孔的钻孔定向也按照如上所述方法，则完成所有冷却水孔的钻孔定向。

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