薄套類零件自動夾緊拆卸倒角裝置的設(shè)計與應(yīng)用

閆柏，韓春生，李曉君，姜新

（一汽解放汽車有限公司卡車廠裝備技術(shù)室，吉林 長春 130011）

薄套類零件自動夾緊拆卸倒角裝置的設(shè)計與應(yīng)用

閆柏，韓春生，李曉君，姜新

（一汽解放汽車有限公司卡車廠裝備技術(shù)室，吉林 長春 130011）

本文針對薄套類零件的加工特點(diǎn)詳細(xì)闡述了采用凸輪機(jī)構(gòu)的原理、運(yùn)用車床卡盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動離心力的原理，自行設(shè)計并制造了套類零件的倒角裝置，此裝置的原理是利用凸輪卡爪內(nèi)的彈簧對工件夾緊產(chǎn)生預(yù)緊力，車床卡盤旋轉(zhuǎn)時工件與斜面凸輪卡盤產(chǎn)生向心摩擦力，當(dāng)車床卡盤高速旋轉(zhuǎn)刀具或鉆頭與零件接觸時，零件產(chǎn)生的塑性變形力瞬間使凸輪卡爪的夾緊力增大，此時工件的塑性變形力與工件夾緊力相等，解決了手工裝夾產(chǎn)生的一系列的問題。應(yīng)用到了實際生產(chǎn)中，不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動效率，而且降低了操作者的勞動強(qiáng)度。此裝置裝夾方便快捷實現(xiàn)了自動夾緊、自動退料的功能。

偏心夾爪；離心力；自夾緊；退料裝置

1 概述

隨著汽車市場的競爭日益激烈，汽車廠家對汽車零部件的質(zhì)量要求越來越高，以質(zhì)量求生存是汽車市場競爭的最好的辦法。為了贏得市場份額，汽車廠家生產(chǎn)方式日趨向多品種、少批量方向發(fā)展。因此，我廠的車架的品種就不斷增加，車架上的孔的種類及數(shù)量就不斷變化，對應(yīng)的鉆孔夾具上面的鉆套就需要不斷更換，平均每月加工的鉆套達(dá)到10000多個。

原來鉆套倒角的加工工藝是：取件——裝夾——取扳手——夾緊工件——放回扳手——開車——倒角——退刀——等待——停車——取扳手——卸件，每個鉆套一面倒角需要12個工步，時間20秒，兩面就要40秒24個工步，動作頻繁。裝夾方式利用手工夾盤夾緊套類零件內(nèi)孔倒角時，每個鉆套加工時必須兩面倒角，倒角必須用扳手，夾緊、松開各兩次，頻繁裝夾拆卸，輔助時間較長影響加工速度，每小時只能加工90件。所以實際的加工能力無法滿足現(xiàn)生產(chǎn)要求。

薄套類零件倒角時用手工裝夾，無法合理控制卡盤的夾緊力?？ūP夾緊力過大，容易損傷零件的外表面，造成零件變形，卡盤夾緊力過小會會造成零件在卡爪內(nèi)滑動損傷零件的外表面，無法正常加工，而且零件裝夾時由于沒有定位基準(zhǔn)偶爾會出現(xiàn)定位不準(zhǔn)確，從而影響加工尺寸產(chǎn)生廢品。根據(jù)以上原因需要設(shè)計一種快速裝夾、快速退料、定位準(zhǔn)確適合套類零件加工的夾具裝置。

2 薄套類倒角裝置的設(shè)計

設(shè)計方案。

（1）最初設(shè)想采用液動夾盤壓或氣動夾盤，不用扳手夾緊，但需要請專業(yè)人員完成此項目的設(shè)計工作，而且所需經(jīng)費(fèi)高，制造周期不確定；如果采用液動夾盤或氣動夾盤，需要增加液壓泵站或氣動泵站對車床進(jìn)行改造，裝夾時需要用手把著零件再按裝夾按鈕等步驟，輔助時間較長。

（2）自制一套夾具。通過套筒的錐面相互鎖緊的功能，設(shè)想利用凸輪機(jī)構(gòu)的偏心特性，通過凸輪斜面夾爪與工件之間產(chǎn)生的摩擦力，在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力，來實現(xiàn)夾緊工件。 受沖壓模具退料原理的啟發(fā)，可以在主體內(nèi)部增加一個活動的心軸，既能實現(xiàn)鉆套的定位，又能實現(xiàn)自動卸件的功能。

第二種方案具有裝夾便捷、可實現(xiàn)自動退料、定位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)論證第二種方案可實現(xiàn)自主設(shè)計及制造的能力。

3 零部件的設(shè)計

經(jīng)過兩個月的研究論證完成圖紙的設(shè)計和各零部件的加工。

3.1 主體的設(shè)計

（1）主體具有安裝其他零部件的載體功能。

（2）可實現(xiàn)與機(jī)床夾盤連接的功能。

（3）主體的中心部加工心軸孔（用于安裝芯軸）芯軸孔與外圓的同軸度在主體尾部加工螺旋槽(螺旋槽的軸向距離為10mm) ，在端面加工銷孔（用于安裝定位銷）和螺釘孔（用于安裝凸輪卡爪）保證等分。

3.2 心軸、銷軸的設(shè)計

心軸安裝在主體的中心孔內(nèi)，將心軸制作成兩體前端可隨車床卡盤旋轉(zhuǎn)避免與其它部件干涉，芯軸后端與主體螺旋槽用定位銷軸連接，車床運(yùn)轉(zhuǎn)、停車時產(chǎn)生的離心力帶動擺錘正反向旋轉(zhuǎn)并推動芯軸沿主體上的螺旋槽軸向前后移動。心軸起到定位退料的作用。銷軸起到控制心軸的運(yùn)動軌跡，見圖1、2。

3.3 離心擺錘的設(shè)計

離心擺錘采用過盈配合安裝在心軸的尾端并用螺母固定，擺錘是利用開車、停車旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力使離心擺錘沿螺旋槽擺動，帶動心軸做旋轉(zhuǎn)——直線運(yùn)動，既能實現(xiàn)定位又能實現(xiàn)卸件的功能。正轉(zhuǎn)時——心軸縮回；停車時——心軸頂出，拆卸工件，見圖3。

3.4 斜面卡爪的設(shè)計

斜面夾爪用銷釘固定在主體端面上的螺釘孔內(nèi)，并在夾緊面上加工出鋸齒，使鋸齒的齒距與滾花鉆套的花齒吻合，并有3度的斜角，這樣能加大它的摩擦力來提高夾緊力。在夾爪中開出彈簧槽，然后加入一個彈簧，使夾爪與工件產(chǎn)生一個預(yù)夾緊力，見圖4。

3.5 彈簧的設(shè)計

彈簧安裝在彈簧槽內(nèi)使斜面卡爪產(chǎn)生預(yù)夾緊力的作用，為防止彈簧脫落在斷面處安裝擋板，如圖4所示。

圖5

3.6 切削刀具的選擇

（1）選擇單刃車刀切削。加工中發(fā)現(xiàn)單刃車削時，還是無法夾緊工件，使工件從夾具中脫離，通過分析發(fā)現(xiàn)切削時徑向切削力大于夾緊力。然后修改成增加一個軸向力和平衡的徑向分力，完成車削加工。

（2）選擇雙刃刀具切削。切刀片刃磨后進(jìn)行車削，刀片采用雙刃切削可平衡徑向力，刀片切削時施加軸向力，可以防止工件從夾具中脫離，但加工后零件有振紋還是達(dá)不到工藝要求。

（3）選擇三刃銑刀切削。又采用銑床用的三刃銑刀，三個刃可以增加切削時的接觸面積，并均衡了徑向切削力，同時還增加了導(dǎo)桿的剛性。結(jié)果消除了振紋，滿足工藝要求。

圖1

圖2

圖3

圖4

4 薄套類零件倒角裝置的功能原理

此裝置利用車床卡盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生的離心力，實現(xiàn)了開車自動夾緊，停車自動卸件功能。如圖5所示，它由主體1、活動芯軸2、斜面夾爪3、離心擺錘4 、銷軸5、彈簧6、定位銷7、擋板8、螺母9 、螺母10 、螺釘11組成?；顒有据S2安裝在主體1的中心孔位置，芯軸前端的臺階可實現(xiàn)薄套零件的定位作用、離心擺錘4與活動芯軸2的尾部連接，用螺母9鎖緊，機(jī)床旋轉(zhuǎn)時離心擺錘產(chǎn)生離心力帶動芯軸沿主體螺旋槽向后移動處于定位的位置。當(dāng)機(jī)床停止運(yùn)轉(zhuǎn)時，由于離心力使擺錘推動活動芯軸沿主體上的螺旋槽運(yùn)動，芯軸運(yùn)動過程中實現(xiàn)了沿軸向向前推動工件從而實現(xiàn)了自動卸件功能。斜面夾爪3安裝在主體1的端面上，用銷軸5固定，彈簧6安裝在斜面夾爪3的彈簧槽內(nèi)，為斜面夾爪與工件之間提供預(yù)夾緊力，實現(xiàn)自動夾緊功能。當(dāng)切削時產(chǎn)生的向心摩擦力使工件夾緊，擋板8安裝在銷軸5的端面上，起安全保護(hù)作用，防止彈簧彈出。

5 效果驗證

5.1 創(chuàng)新性

它是利用斜面夾爪上的彈簧自動夾緊工件。利用離心力使離心擺錘帶動心軸頂出工件實現(xiàn)自動拆卸，芯軸前端的臺階可實現(xiàn)定位功能。其特點(diǎn)是節(jié)約能源，裝夾、拆卸方便快捷沒有輔助時間，如圖6、7所示。

（2）此裝置使用后減少了6個工藝步驟，每個鉆套減少加工時間20秒，提高生產(chǎn)效率2倍。具體的加工時間變化見表2。

表2

圖6

圖7

5.2 實用性

（1）實現(xiàn)自動夾緊、自動拆卸， 工藝發(fā)生了改變。使用此裝置前后的工藝步驟的對比見表1。

表1

6 結(jié)語

薄套類零件倒角裝置是根據(jù)實際生產(chǎn)情況自主設(shè)計、加工、組裝的夾具，實現(xiàn)了自動夾緊、自動退料、定位準(zhǔn)確等功能。在5年的生產(chǎn)使用過程中,有效的提高了產(chǎn)品合格率，薄套類零件倒角裝置使用前的產(chǎn)品合格率是97%，使用后的產(chǎn)品合格率是100%。而且生產(chǎn)效率提高兩倍以上，降低了員工的勞動強(qiáng)度，并且加工的數(shù)量越多倒角的效率越高。采用薄套類零件倒角裝置后極大地緩解了生產(chǎn)壓力。

本次改造提高了員工自主改造的積極性，積累了寶貴的設(shè)計、加工經(jīng)驗，為提高員工的技術(shù)素質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。

薄套類零件倒角裝置獲得2011年全國專利局頒發(fā)的實用新型專利證書。

TG753

A

1671-0711（2017）03（上）-0086-03