輪轂加工的夾爪改進(jìn)與工藝優(yōu)化研究

歐樹錶

摘 要：文章針對(duì)在生產(chǎn)加工輪轂過程中，由于生產(chǎn)的工件未能達(dá)到圖紙要求而被迫增加一道工序的問題，經(jīng)過筆者細(xì)心觀察和測(cè)量，多方面著手，改進(jìn)夾爪、調(diào)整工件夾緊位置，適當(dāng)改變夾頭夾緊力，解決了因質(zhì)量要求而增加的工序，保證產(chǎn)品與圖紙的要求一致。

關(guān)鍵詞：輪轂；夾爪；夾緊位置；夾緊力

中圖分類號(hào)：TG519.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）23-0026-03

廣東巨輪模具股份有限公司是我校主要校企合作單位，該公司主要生產(chǎn)汽車輪胎模具及相關(guān)配件。在生產(chǎn)加工輪轂過程中，由于生產(chǎn)的工件未能達(dá)到圖紙要求而被迫增加一道工序。在大批量生產(chǎn)中，增加一道工序?qū)?duì)整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和所投入的資金都造成一定的影響。為提高工效、降低成本，根據(jù)校企合作精神，本人對(duì)該公司的夾爪及工藝進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，取得一定成效。

1 原來的工藝與問題

廣東巨輪公司在2009年底購買了沈陽第一機(jī)床廠所生產(chǎn)的CK516B數(shù)控立車，用于輪轂車削加工。加工工藝是參照德國公司的工藝進(jìn)行的。首先裝夾毛坯Ф380 mm的外圓進(jìn)行加工小端，再裝夾已加工好的Ф280 mm外圓，加工大端，然后轉(zhuǎn)至五工位鉆孔，但試產(chǎn)時(shí)的結(jié)果令人失望。

經(jīng)過詳細(xì)地對(duì)所出現(xiàn)問題的分析，原來是當(dāng)時(shí)設(shè)備在出廠時(shí)的小端夾頭壓力設(shè)定為32 kgf/cm2，而大端夾頭壓力設(shè)定為24 kgf/cm2。把零件加工完畢后，采用三坐標(biāo)檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過檢測(cè)后得出大端法蘭面的端面跳動(dòng)嚴(yán)重超差，誤差在0.1 mm左右，如圖1所示。

為此，廠里的技術(shù)員把大端夾頭的壓力分別調(diào)小到

23 kgf/cm2、21 kgf/cm2、18 kgf/cm2，但是所加工出的輪轂法蘭面跳動(dòng)仍然超出圖紙所示要求，就是采用最小的壓力夾緊，所加工出的輪轂跳動(dòng)仍達(dá)到0.06 mm，還是達(dá)不到圖紙要求。所以技術(shù)員再次按照正常輪轂毛坯的硬度和強(qiáng)度進(jìn)行夾緊力與切削力的精確計(jì)算后，得出結(jié)果是：如果把壓力降至15 kgf/cm2后，仍然可以夾持得穩(wěn)的。所以在降低壓力后，連續(xù)穩(wěn)定地加工了多個(gè)輪轂，且全部合格，跳動(dòng)均在0.03～0.05 mm之間。

調(diào)試到了這個(gè)階段可以說是較為圓滿了，但始料不及的是，由于個(gè)別毛坯的強(qiáng)度和硬度起了變化。所以出現(xiàn)了剛執(zhí)行程序到粗車Ф176 mm端面的時(shí)候，突然把整個(gè)重達(dá)20多公斤的工件頂出夾爪，飛向刀架，造成了價(jià)值11萬元的意大利DUPLOMATIC八工位電動(dòng)刀架嚴(yán)重?fù)p壞。如果忽略生產(chǎn)設(shè)備和毛坯質(zhì)量的不同，就直接生搬硬套地采用德國的工藝，那是行不通的。特別是我們國產(chǎn)的毛坯料和德國的毛坯料在鑄造工藝上存在著技術(shù)上的差異。德國的毛坯料在外形尺寸上比較準(zhǔn)確，而且加工余量很少，在材質(zhì)上也非常穩(wěn)定。而國產(chǎn)的毛坯料遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這種技術(shù)要求，除了在加工余量上比較大外，連毛坯的硬度和強(qiáng)度也存在較大的差異，所以碰到較硬的毛坯料時(shí)，產(chǎn)生的精度誤差問題也就出現(xiàn)了。

雖然經(jīng)過多次的分析和調(diào)試，但調(diào)試的進(jìn)展情況還是讓我們陷入了困境。因?yàn)檩嗇灤蠖藟毫υ龃髣t變形，使之端面跳動(dòng)不合格；壓力減小則夾不穩(wěn)，造成工件和機(jī)床的損壞；而從德國進(jìn)口毛坯則成本過高，同時(shí)在供應(yīng)時(shí)間上也極不靈活。而公司則要求嚴(yán)格按照?qǐng)D紙公差生產(chǎn)，確保質(zhì)量。

最后，工程師們因多次調(diào)試失敗和刀架損毀嚴(yán)重而不愿再繼續(xù)調(diào)試了。所以在數(shù)控車加工前增加一工序，即先用普通車床夾大端Ф176 mm毛坯外圓粗加工Ф380±0.2外圓，然后再將大端的夾爪更換成小端夾爪，夾Ф380 mm的外圓，將壓力調(diào)回20 kgf/cm2。

2 問題的發(fā)現(xiàn)

在技術(shù)員們消極地面對(duì)加工問題的情況下，2010年5月，巨輪公司請(qǐng)求我校對(duì)其進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，提高輪轂組的工效，降低成本。他們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手與他們廠的同類車軸價(jià)格相差3 000多元，原因就是他們的成本居高不下。而輪轂的生產(chǎn)效率也較低。只有提高生產(chǎn)效率，才能立于不敗之地。

因此我想到必須提速耗時(shí)最長的工序部分，因?yàn)樽盥膭t正好又是加工輪轂的大端部分，尤其是輪轂的大端部分。我在加工時(shí)，意外地發(fā)現(xiàn)問題，當(dāng)夾爪夾緊輪轂時(shí)的瞬間，都存在著一種不平整的抖動(dòng)現(xiàn)象。于是我用塞尺反復(fù)測(cè)量三個(gè)定位塊和輪轂之間的間隙。同時(shí)重復(fù)用百分表在車削好的法蘭面上去檢查同一點(diǎn)夾緊和放松的情況。發(fā)現(xiàn)整個(gè)輪轂總是存在著上升和傾斜的現(xiàn)象，盡管這上升和傾斜的尺寸很小，相差都在0.02 mm以內(nèi)。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)讓我想起最初調(diào)試工藝的情況。如果這邊0.02 mm，那邊0.02 mm，多個(gè)誤差累積下，那么端面0.05 mm的跳動(dòng)就很難保證了。反過來，如一一得以控制，那么普通車這一工序則就可以省去。

首先將原來夾Ф280 mm的夾爪更換上，然后用一個(gè)已經(jīng)加工好的輪轂放在定位塊和夾爪間，反復(fù)觀察。同時(shí)自制了一個(gè)直角扁鐵來輔助測(cè)量。即先將扁鐵的一直角邊固定在夾爪上，在夾爪不受力的狀態(tài)下使另一邊垂直；然后夾緊輪轂，在懸空一直角邊取100 mm進(jìn)行測(cè)量，高點(diǎn)和低點(diǎn)竟相差0.05 mm，如圖2所示。

當(dāng)然，這0.05 mm應(yīng)該是夾爪底部聯(lián)接件在受很大力后存在的間隙和夾爪與工件受力后的彈性變形所組成的。因此我推算出夾爪夾緊面的傾斜量為：40×（0.05/100）=0.02 mm。同時(shí)，還存在另一個(gè)問題，就是夾頭端面與輪轂小端法蘭面的間隙有5 mm左右。而根據(jù)輪轂所夾的位置，如果能夠盡量往Ф280 mm圓的根部夾緊的話，那么它的變形量將進(jìn)一步減小。

3 解決問題

綜合上面所出現(xiàn)的問題，可以分三步進(jìn)行解決：

①重新調(diào)整夾爪、定位塊和工件之間的相對(duì)位置，使輪轂的變形量達(dá)到減小。因?yàn)檩嗇灥男螤詈统叽缡枪潭ǖ模灾荒軓膴A爪和定位塊來改變。

因夾爪接下來需要進(jìn)行車削，所以必須要先準(zhǔn)備一工件作為夾爪的支承塊。而且定位塊要高出夾爪，所以先進(jìn)行拆除。拆除好后，先夾爪夾緊著支承塊，再對(duì)車削工藝進(jìn)行改進(jìn)。首先車削夾爪的端面，選取高度最低的一個(gè)夾爪后，再降低0.3 mm左右，然后將三個(gè)夾爪端面車成同一高度。其次對(duì)夾爪的外邊進(jìn)行車削。因?yàn)楦倪M(jìn)后的夾爪端面與輪轂法蘭的間隙只有0.5 mm，而在輪轂的正常加工過程中，很容易把夾爪外邊車到或撞到。所以要把夾爪的外邊先車削一小臺(tái)階，5 mm的深度和Ф375 mm的直徑。然后把定位塊裝回，并且要調(diào)整好定位塊高度，高出夾爪端面高度0.8～0.9 mm左右，然后把定位塊鎖緊固定好。最后在夾爪端面上把車刀升高0.5 mm，把定位塊端面車一刀，這樣，就改變了輪轂的夾緊位置，如圖3所示。

②解決夾緊輪轂時(shí)出現(xiàn)的抖動(dòng)、上升問題。夾爪在受力后的底部與夾爪夾緊面之間會(huì)形成一力偶，導(dǎo)致各聯(lián)接件產(chǎn)生微量的彈性變形，從而引起夾頭向后仰。而夾緊輪轂時(shí)，夾爪面不是同時(shí)接觸工件的，就會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象。另外，在夾緊時(shí)的瞬間夾頭表面和輪轂的接觸面先是面接觸的，然后夾頭向后仰，轉(zhuǎn)變?yōu)榫€接觸，從而導(dǎo)致工件向上產(chǎn)生極微小的高度。假如夾緊時(shí)先由線接觸，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)槊娼佑|，那么夾爪就會(huì)很牢地把工件摳緊。

所以把夾爪車削一個(gè)錐度，使其夾緊由線到面；同時(shí)，面接觸時(shí)盡量消除夾爪向后仰，以及夾爪與毛坯之間的彈性變形量。另外，法蘭端面到Ф280 mm外圓面有一刀尖圓弧R1.2 mm。為了避開刀尖產(chǎn)生圓弧，要倒一個(gè)1×45 ？觷的角。加工好后將夾爪和定位塊進(jìn)行去銳倒棱，如圖4所示。

③將夾緊壓力20 kgf/cm2下調(diào)至設(shè)備最低安全壓力18 kgf/cm2，以減小工件法蘭面的變形量。

先解決好這三步后，接下來重新對(duì)刀、改程序和試加工了。在程序和刀補(bǔ)都準(zhǔn)確無誤后，就拿小端已加工好的輪轂（Ф380 mm外圓未加工）進(jìn)行試加工。

加工情況非常穩(wěn)定，工件加工好后送三坐標(biāo)進(jìn)行全面測(cè)量，結(jié)果與圖紙要求完全一致，并且最難解決的法蘭面跳動(dòng)在0.04 mm。

接下來連續(xù)加工了10多件，其跳動(dòng)都在0.035～0.045 mm之間。加工后的輪轂效果圖如圖5和圖6所示。

4 重新更改工藝后的生產(chǎn)情況

在更改工藝后，省去了普通車削這一工序，全部由數(shù)控機(jī)床完成。而且法蘭面跳動(dòng)也一直保持在0.035～0.045 mm之間。

5 結(jié) 語

經(jīng)過這次夾爪的改進(jìn)，將難解決的問題解決了，省去了普通車削這一工序，從而優(yōu)化了工藝。同時(shí)，為下一步優(yōu)化加工程序、提高加工速度打下了基礎(chǔ)，使輪轂組重新走回了較為科學(xué)、合理的工藝。并且，本次的工藝改進(jìn)為該公司節(jié)省了加工時(shí)間、縮短了加工周期，從而提高了該公司的生產(chǎn)效率，降低了成本。根據(jù)初步測(cè)算，經(jīng)過改進(jìn)后，省了兩臺(tái)普通車床，四個(gè)車工，另節(jié)省了工人工資、刀具消耗、車床電費(fèi)等，一年下來最少可以節(jié)約10萬元左右。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋小春，張木青.數(shù)控車床編程與操作[M].廣州：廣東經(jīng)濟(jì)出版社，2005.