拋光磨頭凸輪加工方法的改良

曹駿冬

前言

應(yīng)深化校企合作之需要，學(xué)校安排筆者進(jìn)駐合作企業(yè)廣東佛山科達(dá)機(jī)電股份有限公司進(jìn)行頂崗實(shí)踐，共同研討人才培養(yǎng)模式，提高校企之間的合作，確保教學(xué)緊貼產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐，促進(jìn)產(chǎn)教融合，并且利用學(xué)校理論研究，對(duì)企業(yè)成產(chǎn)實(shí)踐中遇到的問題進(jìn)行研討，探索最佳的解決方案，提高生產(chǎn)效益。

一、拋光磨頭凸輪運(yùn)動(dòng)概述

拋光磨頭的凸輪擺桿機(jī)構(gòu)是整個(gè)拋光磨頭的核心機(jī)構(gòu)。通過該高副機(jī)構(gòu)，拋光磨頭驅(qū)動(dòng)擺腳擺動(dòng)，帶動(dòng)磨塊實(shí)現(xiàn)對(duì)磚坯表面的線接觸式磨削，而不是面接觸式。采用線接觸式磨削，有利于保證在磨削加工的過程中產(chǎn)生的磨屑能及時(shí)被從中空主軸中流出的水沖走，防止磨屑對(duì)瓷質(zhì)磚表面形成二次刮傷，從而提高瓷質(zhì)磚表面的光潔度。

拋光磨頭在高速公轉(zhuǎn)的同時(shí)，安裝在同一軸套上的主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪分別與相對(duì)固定的中間齒輪同時(shí)嚙合。其中，主動(dòng)齒輪固定安裝在軸套上，與中間齒輪采用負(fù)變位安裝;從動(dòng)齒輪安裝在凸輪上并空套在軸套上，與中間齒輪采用負(fù)變位安裝;并且主動(dòng)齒輪比從動(dòng)齒輪多2個(gè)齒。由于主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪同時(shí)與中間齒輪配合，主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪之間將產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)速差，即凸輪產(chǎn)生相對(duì)于拋光磨頭自身的轉(zhuǎn)動(dòng)。在凸輪自轉(zhuǎn)的過程中，其端面輪廓將推動(dòng)在磨頭座圓周方向上均勻分布的3個(gè)主動(dòng)擺桿上的滾輪做與輪廓線相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而完成主動(dòng)擺桿繞擺桿軸的左右擺動(dòng);相鄰的兩個(gè)主動(dòng)擺桿再驅(qū)動(dòng)夾在其中間的從動(dòng)擺桿運(yùn)動(dòng)，從而完成3個(gè)從動(dòng)擺桿的左右往復(fù)擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)磚坯表面的線接觸式磨削。

由以上可知凸輪的尺寸精度，端面的平面度，軸承孔斷面與凸臺(tái)的平行度直接影響磨塊的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而決定瓷磚的拋光質(zhì)量。所以凸輪的加工工藝和精度顯得至關(guān)重要。

二、工藝分析

該零件為磨頭的核心零件，單件生產(chǎn)，加工工藝復(fù)雜，工序多。毛坯件材質(zhì)為40Cr，需經(jīng)車、銑、鉆、鉸等工藝方能完成。大致工藝步驟為：

1.調(diào)質(zhì)處理（精鍛粗加工毛坯）;2.粗車（裝夾定位外圓）;3.半精車（車Ф273外圓，車Ф253至Ф252，Ф273去除毛刺）;4.精車（車Ф100Js7至要求，Ф91+0.15+0.1，凸臺(tái)尺寸1mm加工至1±0.02）;5.鉆攻工藝螺孔（鉆模）;6.銑：鉆3*Ф30孔，倒角;7.粗銑凸輪曲線，留余量單邊1.5mm;8.精銑凸輪曲線，修邊，修圓角圓滑過渡;9.激光淬火;10.鉆鉸3*Ф8銷孔;11.涂油防銹。其中的步驟3和步驟4是在數(shù)控車床上加工完成。

部分尺寸和形位精度要求高，其中軸承孔直徑Ф1000-0.035，軸承孔深Ф41+0.2+0.1，軸承孔的圓柱度（0.006）和圓跳動(dòng)（0.015），凸輪輪廓的高度差Ф40.35+0.110尤其重要，其精度直接影響凸輪零件在裝配中的位置精度，影響整個(gè)部件的使用壽命。

科達(dá)公司最初加工拋光磨頭的凸輪是在普通車床上完成的，往往會(huì)出現(xiàn)以下問題：

（一）普車加工定位精度不夠高，凸輪軸承孔的尺寸很難保證，對(duì)工人師傅的技能水平要求高，需要不斷測(cè)量和打表找正，且容易出現(xiàn)次品。

（二）凸輪需要加工的端面、外圓、內(nèi)孔比較多，加上粗精車，需要不斷地?fù)Q刀，加工效率低。

（三）當(dāng)凸輪掉頭加工時(shí)，為了保證同軸度，需要打表找正，耗時(shí)費(fèi)力。

針對(duì)這道工序中應(yīng)用普通車床加工出現(xiàn)的諸多問題，企業(yè)相關(guān)技術(shù)骨干召開技術(shù)攻關(guān)研討會(huì)，圍繞解決普通加工中出現(xiàn)的精度問題以及效率較低商討解決方案。

三、原因分析

傳統(tǒng)工藝普通車床床加工凸輪出現(xiàn)的問題，從兩個(gè)方面進(jìn)行原因分析：

（1）尺寸精度出錯(cuò)，是因?yàn)榱慵嗵幘纫筝^高，普通車床的人工操作、加工精度等方面的因素綜合影響零件的次品率，可以考慮選擇性能較優(yōu)異的數(shù)控機(jī)床來進(jìn)行加工，并且考慮到凸輪加工中需要多次換刀，選擇帶有刀庫的傾斜導(dǎo)軌臥式數(shù)控車床更為合適;

（2）生產(chǎn)效率較低，原來普通車床加工，需要多次手動(dòng)換刀，工序繁雜，掉頭時(shí)還需打表，耗時(shí)太多，現(xiàn)改用帶有刀庫的傾斜導(dǎo)軌臥式數(shù)控車床更為合適，解決了換刀麻煩，但對(duì)夾具需要重新改良設(shè)計(jì)，從以下兩個(gè)方面進(jìn)行：

1.首先要解決工件定位的問題，掉頭后盡量放棄用打表的方法進(jìn)行找正。提高精確度，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率。

2.然后是裝夾方便的問題，不僅要使工件裝夾方便，同時(shí)還要能降低對(duì)工人操作技能熟練度的要求。在夾具改進(jìn)時(shí)，還要考慮夾具力求結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，有一定的通用性，可供長期使用。

四、問題解決

經(jīng)攻關(guān)小組研討后，確認(rèn)使用帶有刀庫的傾斜導(dǎo)軌臥式數(shù)控車床加工，接下來的首要任務(wù)就是要設(shè)計(jì)符合分析中所需定位準(zhǔn)確、裝夾方便和操作方便的工裝夾具。

夾具設(shè)計(jì)

方案選用

拋光磨頭凸輪加工方法的改良

當(dāng)凸輪加工完有凸臺(tái)的這一面后，掉頭加工另一面，卡盤夾持Ф120的凸臺(tái)進(jìn)行裝夾定位。二次裝夾，為了保證Ф100軸承孔和Ф91軸套孔的同軸度，需要打表找正。但為了提高生產(chǎn)效率，省去打表找正這一環(huán)節(jié)。現(xiàn)專門設(shè)計(jì)一個(gè)裝夾凸臺(tái)的夾具。該夾具是把一個(gè)孔徑為120的鋼圈用線切割切成三塊，然后分別焊接在抓卡盤的三個(gè)卡爪上（如圖1所示）

使用該夾具直接裝夾Ф120的凸臺(tái)，通過液壓控制夾緊，自動(dòng)定心，無需打表找正，極大地提高了定位精度、裝夾速度，提高了生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度（如圖2所示）。

五、加工過程

拋光磨頭的凸輪是核心部件，只要開動(dòng)機(jī)器，該凸輪就會(huì)不斷旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)擺桿擺動(dòng)，使用頻率非常高。為了提高凸輪的使用壽命，減少磨損，所以對(duì)凸輪的加工提出了比較高的要求，僅僅在數(shù)控車加工的部分就需要11個(gè)工步，數(shù)控車床加工部分工藝卡如下表1。

加工過程中，特別需要注意的是工步9和工步11。工步9需要保證尺寸Ф40.35+0.110，從而控制凸輪輪廓的最高點(diǎn)，以及小凸臺(tái)尺寸1mm加工至1±0.02，讓從動(dòng)齒輪與凸輪斷面留有間隙;工步11需要保證軸承孔直徑Ф1000-0.035，軸承孔深Ф41+0.2+0.1，從而讓軸承能夠準(zhǔn)確裝入軸承孔。

從表1中可看出，凸輪加工的工步多工序復(fù)雜，在普通車床上，員工操作難度偏大，過程中需要不斷換刀、測(cè)量、打表，加工精度不高，效率低容易出現(xiàn)次品。使用帶有刀庫的傾斜導(dǎo)軌臥式數(shù)控車床加工，并且設(shè)計(jì)了專門的工裝夾具，操作難度低，精度高，效果顯著。

結(jié)語

通過對(duì)傳統(tǒng)工藝的改良，設(shè)計(jì)數(shù)控車床加工磨頭凸輪的專用夾具，極大地提高了工件裝夾的速度，不再需要打表，提高了工件定位的精度;降低了對(duì)工人操作的技能要求，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，在保證精度情況下，效率大大提高，受到企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)及工人一致好評(píng)。此種凸輪在數(shù)控車床上的加工方法和夾具設(shè)計(jì)可以為較高精度要求的盤形凸輪的加工提供參考。

這次拋光磨頭凸輪加工方法的改良，使筆者對(duì)數(shù)控車工加工有了更深一步的了解。在和企業(yè)師傅的探討過程中，從理論到實(shí)踐，筆者對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)加工有了更清楚的認(rèn)識(shí)，也讓筆者在以后的教學(xué)中更有針對(duì)性，結(jié)合企業(yè)的實(shí)踐需求去培養(yǎng)學(xué)生。

[本文在撰寫過程中，部分?jǐn)?shù)據(jù)得到了科達(dá)機(jī)電股份有限公司工藝部的工藝師彭余波、吳銳明師傅和工裝夾具部劉建軍師傅的幫助，在此表示衷心感謝。]

責(zé)任編輯 朱守鋰