一種新型可通用的磨床角向定位夾具

劉建華 喻擎天 火晨輝

(上海納鐵福傳動系統(tǒng)有限公司武漢工廠，武漢 430056)

0 引言

隨著企業(yè)之間競爭的日益激烈，現(xiàn)代工廠的生產都追求高效節(jié)能，對低效率高成本的裝置進行持續(xù)改進，其中汽車相關行業(yè)尤為如此。汽車已越來越普及，成為現(xiàn)代家庭必備的代步工具，汽車零部件企業(yè)的降本提效顯得尤為重要。等速萬向傳動軸是汽車的一個重要零件，其中傳動軸的組成零件三銷軸叉與變速箱相連，三銷軸式萬向節(jié)的最大特點是允許相鄰兩軸有較大的交角，最大可達45°。在轉向驅動橋中采用這種萬向節(jié)可使汽車獲得較小的轉彎半徑，提高了汽車的機動性[1]。其磨削加工作為關鍵工序，需要高效的自動化加工保證零件磨削的穩(wěn)定性。磨削加工前需確保零件通過一個裝置將不同狀態(tài)的軸叉校正至同一個方向，以保證磨削加工時能在機床內穩(wěn)定定位，該裝置我們稱之為角向定位裝置。

1 背景及意義

等速萬向傳動軸的零件—軸叉，主要由球道與柄部組成，不同的節(jié)型，其球道結構及尺寸都不同(見附圖1、圖2)。軸叉在關鍵工序加工前，需通過角向定位裝置將料道上狀態(tài)各異的零件校正至同一方向，以保證在高速旋轉的機床內順利、穩(wěn)定定位。傳統(tǒng)角向定位裝置(見附圖3)是通過旋轉氣缸往復旋轉定位夾具，在定位夾具旋轉至與軸叉球道方向一致時，機械手夾住軸叉強行壓入定位夾具，定位夾具在彈簧作用力下復位完成在同一方向定位。

圖1 AAR軸叉(共9種不同節(jié)型)Fig.1 AAR shaft fork (a total of 9 different section types)

圖2 GI軸叉(共13種不同節(jié)型)Fig.2 GI shaft fork (a total of 13 different section types)

圖3 傳統(tǒng)角向定位裝置Fig.3 Traditional angular positioning device

傳統(tǒng)的角向定位夾具(見附圖4)主要由定位指(1)、鎖緊螺釘(2)、定位板(3)組成。定位指(1)尺寸及組合外形采用仿型球道內腔原理。其缺點在于不同節(jié)型產品必須使用不同的角向定位夾具換型時需要對應更換；且由于定位夾具是防型球道內腔的，間隙小，沖擊力大，故障率高，掉料、卡料現(xiàn)象嚴重，頻繁出現(xiàn)超過規(guī)定旋轉次數(shù)仍無法完成定位的現(xiàn)象，制約加工節(jié)拍，綜上，傳統(tǒng)角向定位夾具必須進行針對性改善。

圖4 傳統(tǒng)角向定位夾具Fig.4 Traditional angular positioning fixture

一種通用型磨床球道角向定位夾具，相對于傳統(tǒng)的角向定位夾具，其優(yōu)勢在于只需兩種規(guī)格就可涵蓋目前軸叉所有的節(jié)型，夾具庫存減少的同時節(jié)約了換型時間。另外由于鋼球本身在圓周方向具有自由度，鋼球與夾具座之間構成轉動副，鋼球在x、y軸兩個方向的移動受到限制，但可以繞與xoy平面垂直的Z軸轉動[2]。旋轉夾具轉動時鋼球與軸叉內腔之間由于摩擦也相應轉動，對軸叉無明顯沖擊力，所以其定位無需借助下壓裝置輔助，定位穩(wěn)定可靠。

2 結構

新型可通用磨床角向定位夾具主要由軸用彈性擋圈(1)、限位壓板(2)、蓋板(3)、鋼球(4)、頭座(5)、鎖緊鍵(6)、彈簧(7)、基體(8)組成(見附圖5)。

圖5 新型可通用磨床角向定位夾具結構圖

夾具的工作原理：當軸叉移動至角向定位托板處時，機械手下移夾住軸叉，新型可通用球道定位夾具上升至與球道內腔端面接觸，旋轉氣缸帶動定位夾具旋轉，鋼球(4)在與軸叉內腔的摩擦力作用下自動旋轉，在雙圓周自由度作用及彈簧壓力下定位夾具很順暢地旋入軸叉內腔。定位夾具進入內腔后繼續(xù)上升，上升到位后機械手松開，旋轉氣缸帶動定位夾具繼續(xù)旋轉，旋轉至鋼球(4)與球道內腔大徑與小徑過渡拐角處接觸(見附圖6)，帶動軸叉一起旋轉，在彈簧作用下復位至同一位置停止旋轉[3]，完成三銷軸叉角向定位，保證磨床正常自動化上料加工。

圖6 夾具通用結構示意圖圖Fig.6 Schematic diagram of fixture general structure

三顆均布鋼球(件4)形成外圓?C，在球道內腔最大直徑?A和最小直徑?B之間，即B

圖7 通用磨床角向定位夾具應用前后情況對比

表1 通用型夾具適用范圍表Table 1 General-purpose fixture scope of application

3 應用分析

新型可通用磨床角向定位夾具，已成功運用在3條軸叉線的磨床工序上。下圖是應用該通用型磨床角向定位夾具后，改進前后的對比情況：

從上可以看出改造后角向定位故障次數(shù)由改前的平均每周22次下降到1次，角向定位故障率較之前下降95.5%；每周產量由6.8萬增至8.6萬，增加26%；夾具庫存由36套降低為4套，降低了89%。改進后角向定位故障報警現(xiàn)象明顯減少，平均每周節(jié)約換線時間3H,每周產量得到有效提升。另由于其較強的通用性，夾具庫存降低了80%，夾具成本相應大大降低。

新型可通用磨床角向定位夾具，巧妙的利用軸叉內腔結構特點，統(tǒng)計了不同產品內腔大小徑尺寸范圍，通過3個均布自帶圓周自由度的鋼球，實現(xiàn)了磨床角向定位的穩(wěn)定、可靠，并且此夾具有較強的通用性。經(jīng)研究，此類角向定位夾具可推廣到打標、中頻等設備上的角向定位機構中進行應用。

4 結論

新型可通用磨床角向定位夾具，對等速萬向節(jié)傳動軸移動節(jié)軸叉這樣開放型內腔的零件，有著非常強的適用性，在公司快速換模、夾具降本增效、效率提升等領域都做出了積極的貢獻，是較為成功的創(chuàng)新，該夾具已獲得國家適用新型專利(專利號：CN 207509018 U)。