陈培全
广东省惠州工程职业学院
摘要 为满足一些五金件上的正三角形孔的低成本快速加工的需要，介绍了一种在普通铣床上利用行星轮法制作的钻孔装备。经过试验，加工效果良好，满足了生产的实际需求。
关键词 普通铣床 正三角形孔 行星轮 工装
在日常生活中，有大量的五金件上需要用到正三角形孔的加工，比如，水库闸门的手轮，大型吊机以及各种阀门上的手轮或手柄等等，机械零件上的正三角形孔的加工，通常是依据工件的材料、数量、精度要求和尺寸大小等来具体确定的。现在的正三角形孔的加工，一般是采用成型法、电火花法、线切割加焊接法等。这些加工方法，成本高，效率也不是很理想。为此，笔者设计了一种直接在普通铣床上，利用一种工装设备，就能够快速准确的加工出一定精度要求的正三角孔。
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图1 行星轮系
1、行星轮上偏心点的轨迹⑴
行星轮的运动，可以看作是两个齿轮节圆柱的纯滚动，如图1所示。
设小齿轮O1在固定的大齿轮O内做纯滚动，大小齿轮半径分别为R和r，A是小齿轮上的一个偏心点，偏心距（也就是刀尖到行星轮中心的距离）O1A=e，根据运动学原理计算可得：
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将上式做无量纲化处理，设X= xA/r,Y= yA/r,ζ=R/r,η=e/r,则有：
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利用绘图工具，当ζ=3/2，η=2，或者是当ζ=3，η=0.5时，偏心点的轨迹，是一个带圆角的正三角形，如图2。
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图2 带圆角的正三角形
2、带圆角的正三角形孔的加工原理
要加工带圆角的正三角形孔，必须先要用钻头钻出一个与该正三角形内切圆较小的孔，然后再用该工装镗出带圆角的正三角形孔的。根据上面的计算公式可知，正三角形的大小，与行星轮的半径大小有关，行星轮的半径越大，加工出的正三角形也越大。而一般所需加工带圆角的正三角形孔都不是很大(边长为40mm左右)，所以，我们选择内齿轮与行星齿轮的半径之比为3:1，偏心距与小齿轮的半径之比为1:2，这样，行星齿轮在固定的内齿轮内转动，带动其上的镗孔刀一起运动，在刀尖处形成带圆角的正三角形轨迹，就加工出所需的带圆角的正三角形孔了。
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图3 行星轮法加工正三角形孔原理图
3、工装的设计
考虑到加工的方便和加工精度的保证，设计一套安装到铣床上用的镗孔工装。工装的上端加工有与铣床主轴套筒下面的法兰盘一样的内结构和螺纹，通过此螺纹，工装与铣床主轴套筒连接，并用螺丝固定，防止松动。工装的下端，装有一个内啮合的齿轮副。考虑到最小标准圆柱直齿轮的齿数不能少于17齿，所以，选择行星轮齿数为17，内齿轮齿数为51。内齿轮固定在齿轮副座板上，曲轴上端通过铣刀夹头与铣床主轴连接，下端与行星齿轮连接，并与固定的大齿轮啮合。因为加工带圆角的正三角形的孔的镗孔余量不是很大，切削阻力也就不是很大，所以，在此可以选择齿轮的模数为1.5。行星齿轮的下端是一直径为20mm、长度为30mm的圆柱体，其上开有一个V形槽，有一个与之配套的V形滑块与之相连，滑块上有一个?8的孔，是用来安装镗孔刀的，调整滑块的位置，就可以得到镗孔刀所需的偏心距，此工装可以加工正三角通孔，也可以加工正三角形盲孔。
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图4 正三角形孔加工工装图
4、正三角形边长和圆角的校核
根据上面的质点运动轨迹方程，当α=0°时，X=2×1+0.5×1=2.5，当α=180°时，X=2×（-1）+0.5×1=-1.5，所以，加工出的带圆角的正三角形的高H=1.5+2.5=4。根据正三角形的中心的性质，可以计算出此条件下的正三角形的高H′=4.5,所以，带圆角的正三角形的圆角半径，可以近似的看作是4.5-4=0.5.从而，可以计算出带圆角的正三角形的边长L=4.5/cos30°-2×0.5/cos30°≈4.04。
因为在本案中，选择的行星齿轮最少齿数是17齿，则内齿轮为51齿，模数选择m=1.5，所以，内齿轮分度圆D=1.5×51=76.5（mm），则半径R=38.25(mm)，行星轮分度圆d=1.5×17=25.5(mm)，r=12.75（mm）,镗刀尖偏心距e=r/2=6.375(mm)，所以，刀尖到正三角形中心的距离h =31.88（mm），由此可以计算出本装备加工出的带圆角正三角形的高
H′=31.88×4÷2.5 = 51.01（mm）
正三角形的高H=31.88×4.5÷2.5 = 57.38（mm）。
正三角形的边长L=57.38/cos30°-2×6.37/cos30°≈51.54(mm)。
正三角形圆角半径R′≈57.38-51.01 = 6.37(mm)。
如果选择齿轮的模数m=1，则根据上面的计算方法可得到
刀尖到正三角形中心的距离h=21.25（mm）
带圆角正三角形的高H′=21.25×4÷2.5 = 34（mm）
正三角形的高H = 21.25×4.5÷2.5 = 38.25（mm）
正三角形的边长L = 38.25/cos30°-2×4.25/cos30°≈34.35（mm）。
正三角形圆角半径R′≈38.25-34 = 4.25（mm）
这是用行星轮法能加工的最小带圆角的正三角形了。但此时刀具的强度和行星轮的强度都不够大，装备的寿命比较短了。
如果想加工更大的正三角形孔，就可以适当的加大行星轮的半径，并选择与之配套的内齿轮，就可以的了。
通过对带圆角的正三角形孔的加工方法的研究，设计出了一个切实可行的加工装备，经过试验，效果良好。依据不同边长的正三角形，可以相应改变齿轮副的齿轮半径和齿轮模数，就可以精密、高效的加工出所需的带圆角的正三角形通孔或盲孔了，为机加工人员提供了一个加工正三角形孔的方法。
参考文献
(1)方孔加工原理及工装结构设计。毛东风。