本發(fā)明涉及一種多耳片零件孔加工鉆模及刀具自動設計方法，主要用于多耳片零件孔加工工藝準備過程中鉆模及刀具的自動設計，可以廣泛應用到具有多耳片深孔結構的零件加工中，能顯著提高鉆模及刀具設計的效率和協(xié)同性，為接下來的加工生產(chǎn)創(chuàng)造便利條件。

背景技術：

在飛機結構設計中，鉸鏈類零件起轉動、傳動作用，能帶動翼面整體運動，被廣泛運用。該類零件因多耳片間斷深孔結構，且同軸度，孔徑尺寸精度要求高，需采用鉆模定位引導，刀具鉆、擴、鉸的方式完成對多耳片同軸孔的加工，但在工裝刀具設計階段存在以下問題：一是零件加工設計、工裝鉆模設計和加工刀具設計三方面分別由三個不同部門的工藝人員完成，相互間溝通協(xié)調(diào)較為繁瑣，效率不高；二是由于專業(yè)差異性等原因，常常會出現(xiàn)設計的刀具、鉆模和加工零件不能相互匹配的現(xiàn)象，且問題在加工前難以暴露，若在加工過程中出現(xiàn)問題則刀具、鉆模的返修會嚴重拖延零件的生產(chǎn)進度。

技術實現(xiàn)要素：

基于以上原因，本發(fā)明提供一種多耳片零件孔加工鉆模及刀具自動設計方法，可依據(jù)零件結構完成對鉆模、刀具的自動統(tǒng)籌設計，使零件、刀具和鉆模三方互相匹配，避免協(xié)調(diào)性問題的出現(xiàn)，保證零件加工的順利進行。

本發(fā)明采用的技術方案為：

多耳片零件孔加工鉆模及刀具自動設計方法，包括如下步驟：

1)按航空標準形成數(shù)據(jù)庫；鉆模主體包括鉆模板、快換鉆套和梅花套，所述鉆模板具有兩個相對設置的模板片，快換鉆套分別裝配在鉆模主體的首尾兩端即第一個鉆模板相對于鉆模主體最外側的模板片上和最后一個鉆模板相對于鉆模主體最外側的模板片上，梅花套裝配在其余位于中部的模板片上；由快換鉆套和梅花套完成對刀具的引導；所述刀具包括麻花鉆、擴孔鉆和鉸刀，麻花鉆鉆出初孔，擴孔鉆完成孔的半精加工，鉸刀進行精加工；將快換鉆套、梅花套、加工刀具的設計參數(shù)按航空標準形成數(shù)據(jù)庫；

2)識別零件中所有耳片上的孔；進入CAD/CAM平臺的裝配單元，加載設計零件的數(shù)字化三維模型，對零件進行特征識別，得到零件上參數(shù)孔直徑D、耳片厚度δ和相鄰耳片間距L₄，并生成所有耳片上同軸孔的中心軸線；

3)初步設計鉆模主體結構；開發(fā)語言程序自動沿同軸孔的中心軸線方向從零件一側開始識別，設鉆模板個數(shù)為i，并記初始值i＝0，依據(jù)航空標準要求，梅花套的最小厚度值為14mm，所述梅花套分為梅花套凸肩部分和梅花套非凸肩部分；刀具前后排屑距離共8mm；梅花套的最小厚度值加上刀具前后排屑距離為22mm；

所以當相鄰耳片間距小于22mm時，相鄰耳片間不安排鉆模板，i不增加計數(shù)，此時可將兩個耳片的厚度2δ及兩個耳片間的間距L₄合并，統(tǒng)一視為一個耳片厚度，即δ’＝2δ+L₄；

當耳片間距大于等于22mm時，設置1片鉆模板，i＝i+1；

所有耳片間距依次識別完成后得到鉆模板數(shù)i，為保證鉆模精度，零件首尾兩側分別需要1片鉆模板，所以最后確定總鉆模板數(shù)為j＝i+2；沿同軸孔的中心軸線方向從零件一側開始每2～3片鉆模板為一組，設計一個整體鉆模板，由此初步得到鉆模主體結構；其中，鉆模主體結構中從第一個鉆模板到最后一個鉆模板的總長為L；

4)確定麻花鉆設計參數(shù)；麻花鉆設計參數(shù)包括：麻花鉆刀刃直徑D_m、麻花鉆后引導直徑D_mh、麻花鉆總長L_m、麻花鉆刃長L_mr、麻花鉆后引導桿長L_mh；

其中：麻花鉆刀刃直徑D_m＝D-1mm；麻花鉆后引導直徑D_mh根據(jù)識別出的孔直徑D匹配航標數(shù)據(jù)庫，查詢得出；

麻花鉆總長度滿足：1、L_m>L+50，2、滿足條件1的航標數(shù)據(jù)庫中最小長度尺寸；

麻花鉆刃長滿足：1、L_mr>δ，2、滿足條件1的航標數(shù)據(jù)庫中最小長度尺寸；

麻花鉆后引導桿長：L_mh＝L_m-L_mr；

夾持方式在人機交互界面中設定；綜上可確定麻花鉆基本設計參數(shù)；

5)確定擴孔鉆設計參數(shù)；擴孔鉆由前至后依次分為擴孔鉆前引導桿、擴孔鉆刀刃和擴孔鉆后引導桿，其設計參數(shù)有擴孔鉆刀刃直徑D_k、擴孔鉆前引導桿直徑D_kq、擴孔鉆后引導桿直徑D_kh、擴孔鉆總長L_k、擴孔鉆刀刃長L_kr、擴孔鉆前引導桿長L_kq、擴孔鉆后引導桿長L_kh；其中：

擴孔鉆刀刃直徑D_k＝D-0.2；

擴孔鉆前/后引導桿直徑D_kq＝D_kh＝D_mh；

擴孔鉆總長度滿足：1、L_k>L+50，2、滿足條件1的航標數(shù)據(jù)庫中最小長度尺寸；

擴孔鉆刃長L_kr為滿足航標數(shù)據(jù)庫中的最小長度尺寸；

擴孔鉆前引導桿長滿足：1、L_kq+L_kr>L₁+δ；2、L_kq+L_kr>L₄；3、滿足條件1、2的航標數(shù)據(jù)庫中最小長度尺寸；

擴孔鉆后引導桿長L_kh＝L_k-L_kq-L_kr；

夾持方式在人機交互界面中設定；綜上可確定擴孔鉆基本設計參數(shù)；

6)確定鉸刀設計參數(shù)；鉸刀由前至后依次分為鉸刀前引導桿、鉸刀刀刃和鉸刀后引導桿；鉸刀設計參數(shù)有鉸刀刀刃直徑D_j、鉸刀前引導桿直徑D_jq、鉸刀后引導桿直徑D_jh、鉸刀總長L_j、鉸刀刃長L_jr、鉸刀前引導桿長L_jq、鉸刀后引導桿長L_jh；其中：

鉸刀刀刃直徑D_j＝D；

鉸刀前/后引導桿直徑D_jq＝D_jh＝D_mh；

鉸刀總長度滿足：1、L_j>L+50，2、滿足條件1的航標數(shù)據(jù)庫中最小長度尺寸；

鉸刀刃長L_jr為滿足航標數(shù)據(jù)庫中的最小長度尺寸；

鉸刀前引導桿長滿足：1、L_jq+L_jr>L₁+δ；2、L_jq+L_jr>L₄；3、滿足滿足條件1、2的航標數(shù)據(jù)庫中最小長度尺寸；

鉸刀后引導桿長L_jh＝L_j-L_jq-L_jr；

夾持方式在人機交互界面中設定；綜上可確定鉸刀基本設計參數(shù)；

7)求鉆模具體尺寸；采用冒泡排序法求得各刀具比較后的最大刃長L_rmax，在空間允許的情況下，前后排屑空間各為4mm，則：

L₁＝L_rmax+4；L₁為第一個鉆模板2中模板片2.1與第一個耳片之間的距離；

L₂為快換鉆套非凸肩部分高度即鉆模板中用于安裝快換鉆套的模板片的厚度，并取快換鉆套標準數(shù)據(jù)庫中符合孔徑要求的最大長度尺寸；

L₃＝L₄-H_m1-4-4，且L₃＝H_m2，L₃為鉆模板中用于安裝梅花套的模板片的厚度，H_m1為梅花套凸肩厚度，H_m2為梅花套非凸肩部分厚度；

由此可求得鉆模主體中各鉆模板的厚度尺寸；

8)生成三維數(shù)模；通過開發(fā)程序在CAD/CAM平臺中依照2)～7)步驟中所得參數(shù)生成鉆模板、麻花鉆、擴孔鉆及鉸刀的全部三維數(shù)模，通過軸線約束和面接觸完成零件三維數(shù)模和鉆模板的自動裝配，并將麻花鉆、擴孔鉆及鉸刀沿裝配軸線上沿加工方向依次排列，驗證設計結構及參數(shù)的準確性，驗證正確后，鉆模及刀具的自動數(shù)字化設計便全部完成。

所述的多耳片零件孔加工鉆模及刀具自動設計方法，步驟3)沿同軸孔的中心軸線方向從零件一側開始每當耳片間距大于80mm時為一組，設計一個整體鉆模板。

所述的多耳片零件孔加工鉆模及刀具自動設計方法，步驟4)-6)為保證加工精度，將孔加工步驟統(tǒng)一設計為初鉆，擴孔鉆，精鉸孔三步，出于鉆套的互換性需要，將各刀具中即麻花鉆、擴孔鉆和鉸刀的前引導桿和后引導桿的直徑設計為相同尺寸。

本發(fā)明具有以下有益效果：

通過本發(fā)明一種多耳片零件孔加工鉆模及刀具自動設計方法得到的鉆模板、麻花鉆、擴孔鉆及鉸刀基本結構可避免實際加工過程中鉆模、刀具和零件的干涉、匹配問題，將求得的相關參數(shù)發(fā)送給鉆模及刀具的設計人員完成具體細節(jié)的設計。

附圖說明

圖1為實施例中鉆模板與零件的裝配結構示意圖

圖2為實施例鉆模與零件的裝配結構俯視示意圖(其中單點劃線為零件輪廓俯視圖，實線處為鉆模板輪廓俯視圖)。

圖3為實施例中麻花鉆結構參數(shù)示意圖。

圖4為擴孔鉆結構參數(shù)示意圖。

圖5為鉸刀鉆結構參數(shù)示意圖。

其中1-零件，2-鉆模板，2.1-模板片，3-快換鉆套，4-梅花套，5-耳片。

具體實施方式

下文中所涉及公式單位均為mm，不再予以特別注明。

實施例 多耳片零件孔加工鉆模及刀具自動設計方法

在如圖1所示多耳片零件孔加工工藝準備過程中對鉆模及刀具的自動設計,具體包括如下步驟，

1)標準形成數(shù)據(jù)庫。如圖1和2所示鉆模主體結構包括鉆模板2、快換鉆套3和梅花套4，所述鉆模板2具有兩個相對設置的模板片2.1，其中快換鉆套3分別裝配在鉆模主體的首尾兩端即第一個鉆模板2相對于鉆模主體最外側的模板片2.1上和最后一個鉆模板2相對于鉆模主體最外側的模板片2.1上，梅花套4裝配在其余位于中部的模板片2.1上。由快換鉆套3和梅花套4完成對加工刀具的引導。所述加工刀具由麻花鉆、擴孔鉆及鉸刀構成，麻花鉆鉆出初孔，擴孔鉆完成孔的半精加工，鉸刀進行精加工，使孔的尺寸精度及表面質(zhì)量達到設計要求。因此，首先將快換鉆套3、梅花套、加工刀具的設計參數(shù)航空標準(以下簡稱航標)形成數(shù)據(jù)庫。

2)識別零件1中耳片5上的孔。進入CAD/CAM平臺的裝配單元，加載設計零件1的數(shù)字化三維模型，對使用開發(fā)語言程序對零件進行特征識別，得到零件1上參數(shù)孔直徑D、耳片5厚度δ和耳片5間距L₄，并生成耳片5上同軸孔的中心軸線；

3)初步設計鉆模主體結構。開發(fā)語言程序自動沿孔軸線方向從零件1一側開始識別，設鉆模板2個數(shù)為i，并記初始值i＝0，依據(jù)航標要求，梅花套4的最小厚度值可為14mm(即梅花套4分為凸肩部分和非凸肩部分，其中凸肩部分6mm，非凸肩部分8mm)，加上刀具前后排屑距離共8mm；

所以當耳片間距小于22mm時，耳片間不安排鉆模板，i不增加計數(shù)，此時可將兩耳片厚度2δ及兩耳片間的耳片間距L₄合并，統(tǒng)一視為一個耳片厚度，即δ’＝2δ+L₄；

當耳片間距大于等于22mm時，設置1片鉆模板，i＝i+1，所有耳片間距依次識別完成后得到鉆模板數(shù)i，為保證鉆模精度，零件首尾兩側分別需要1片鉆模板，所以最后確定總鉆模板數(shù)為j＝i+2。沿孔軸線方向從零件一側開始每2～3片鉆模板(或當耳片間距大于80mm時)為一組，設計一個整體鉆模板(具體參數(shù)可由人機交互設定調(diào)整)，由此初步得到鉆模主體結構；其中，鉆模主體結構中從第一個鉆模板到最后一個鉆模板的總長為L；

4)如圖3所示確定麻花鉆設計參數(shù)。為保證加工精度，將孔加工步驟統(tǒng)一設計為初鉆，擴孔鉆，精鉸孔三步，出于鉆套的互換性需要，將各刀具中的前/后引導桿的直徑設計為相同的尺寸。

麻花鉆設計參數(shù)包括：麻花鉆刀刃直徑D_m、麻花鉆后引導直徑D_mh、麻花鉆總長L_m、麻花鉆刃長L_mr、麻花鉆后引導桿長L_mh。

其中：麻花鉆刀刃直徑：D_m＝D-1；麻花鉆后引導直徑D_mh根據(jù)識別出的孔直徑D匹配航標數(shù)據(jù)庫，查詢得出；

麻花鉆總長度滿足：1、L_m>L+50，2、滿足條件1的航標數(shù)據(jù)庫中最小長度尺寸；

麻花鉆刃長滿足：1、L_mr>δ，2、滿足條件1的航標數(shù)據(jù)庫中最小長度尺寸；

麻花鉆后引導桿長：L_mh＝L_m-L_mr；

夾持方式在人機交互界面中設定；

綜上可確定麻花鉆基本設計參數(shù)。

5)如圖4所示求擴孔鉆尺寸。擴孔鉆由前至后依次分為擴孔鉆前引導桿、擴孔鉆刀刃和擴孔鉆后引導桿，其設計參數(shù)有擴孔鉆刀刃直徑D_k、擴孔鉆前引導桿直徑D_kq、擴孔鉆后引導桿直徑D_kh、擴孔鉆總長L_k、擴孔鉆刀刃長L_kr、擴孔鉆前引導桿長L_kq、擴孔鉆后引導桿長L_kh。其中：

擴孔鉆刀刃直徑：D_k＝D-0.2；

擴孔鉆前/后桿引導直徑：D_kq＝D_kh＝D_mh；

擴孔鉆總長度滿足：1、L_k>L+50，2、滿足條件1的航標數(shù)據(jù)庫中最小長度尺寸；

擴孔鉆刃長L_kr為滿足航標數(shù)據(jù)庫中的最小長度尺寸；

擴孔鉆前引導桿長滿足：1、L_kq+L_kr>L₁+δ；2、L_kq+L_kr>L₄；3、滿足條件1、2的航標數(shù)據(jù)庫中最小長度尺寸；

擴孔鉆后引導桿長：L_kh＝L_k-L_kq-L_kr；

夾持方式在人機交互界面中設定；

綜上可確定擴孔鉆基本設計參數(shù)。

6)如圖5所示求鉸刀尺寸。類似于擴孔鉆，鉸刀由前至后依次分為鉸刀前引導桿、鉸刀刀刃和鉸刀后引導桿；鉸刀設計參數(shù)有鉸刀刀刃直徑D_j、鉸刀前引導桿直徑D_jq、鉸刀后引導桿直徑D_jh、鉸刀總長L_j、鉸刀刃長L_jr、鉸刀前引導桿長L_jq、鉸刀后引導桿長L_jh。其中：

鉸刀刀刃直徑：D_j＝D；

鉸刀前/后引導桿直徑：D_jq＝D_jh＝D_mh；

鉸刀總長度滿足：1、L_j>L+50，2、滿足條件1的航標數(shù)據(jù)庫中最小長度尺寸；

鉸刀刃長L_jr為滿足航標數(shù)據(jù)庫中的最小長度尺寸；

鉸刀前引導桿長滿足：1、L_jq+L_jr>L₁+δ；2、L_jq+L_jr>L₄；3、滿足滿足條件1、2的航標數(shù)據(jù)庫中最小長度尺寸；

鉸刀后引導桿長：L_jh＝L_j-L_jq-L_jr；

夾持方式在人機交互界面中設定；

綜上可確定鉸刀基本設計參數(shù)。

7)求鉆模具體尺寸。冒泡排序法求得各刀具比較后的最大刃長L_rmax，在空間允許的情況下，前后排屑空間各為4mm，則：

L₁＝L_rmax+4；L₁為第一個鉆模板2中模板片2.1與第一個耳片之間的距離；

L₂為快換鉆套的非凸肩部分高度(即鉆模板中用于安裝快換鉆套的模板片的厚度)，并取快換鉆套標準數(shù)據(jù)庫中符合孔徑要求的最大長度尺寸；

L₃＝L₄-H_m1-4-4，且L₃＝H_m2，L₃為鉆模板中用于安裝梅花套的模板片2.1的厚度，H_m1為梅花套凸肩厚度，H_m2為梅花套非凸肩部分厚度。

由此可求得鉆模主體中各鉆模板的所有厚度尺寸。

8)生成三維數(shù)模。通過開發(fā)程序在CAD/CAM平臺中依照2)～7)步驟中所得參數(shù)生成鉆模板2、麻花鉆、擴孔鉆及鉸刀的全部三維數(shù)模，通過軸線約束和面接觸完成零件三維數(shù)模和鉆模板的自動裝配，并將麻花鉆、擴孔鉆及鉸刀沿裝配軸線上沿加工方向依次排列，方便工藝人員手動演示加工過程，驗證設計結構及參數(shù)的準確性，驗證正確后，鉆模及刀具的自動數(shù)字化設計便全部完成。

通過以上步驟得到的鉆模板、麻花鉆、擴孔鉆及鉸刀基本結構可避免實際加工過程中鉆模、刀具和零件的干涉、匹配問題，將求得的相關參數(shù)發(fā)送給鉆模及刀具的設計人員完成具體細節(jié)的設計。