一種適用于AG V搬運(yùn)車傳動(dòng)軸加工的端面驅(qū)動(dòng)夾具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文/宋強(qiáng) 田耕 張光燦（安徽星瑞齒輪傳動(dòng)有限公司）

自動(dòng)導(dǎo)引搬運(yùn)車（automated guided vehicle，AGV）是智能搬運(yùn)車，靈活多變效率高，集成化高，多臺(tái)AGV 搬運(yùn)車可以相互配合完成不同的工作，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的必備裝置，是現(xiàn)代高速物流的主要裝備。從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)看，電子、汽車、家電等自動(dòng)化行業(yè)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍將是AGV的主要應(yīng)用市場(chǎng)，而眾多新行業(yè)對(duì)AGV 的需求量也在不斷上升。

一、AGV 搬運(yùn)車的傳動(dòng)軸的加工現(xiàn)狀

驅(qū)動(dòng)總成作為AGV 搬運(yùn)車的關(guān)鍵傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其穩(wěn)定性、可靠性和安全性備受關(guān)注。傳動(dòng)軸作為AGV 搬運(yùn)車驅(qū)動(dòng)總成的重要零件，其加工工藝質(zhì)量直接影響著動(dòng)力傳輸效率和安全，是保障驅(qū)動(dòng)總成穩(wěn)定性、可靠性和安全性的關(guān)鍵因素。當(dāng)前，雖然傳動(dòng)軸加工工藝已日漸成熟，但因其結(jié)構(gòu)較為緊湊、尺寸較為短小、加工時(shí)受限較多，仍然難以避免地出現(xiàn)各類問(wèn)題或缺陷。因此，為契合智能搬運(yùn)車驅(qū)動(dòng)總成的快速發(fā)展，在關(guān)鍵零件的加工工藝方面應(yīng)保持創(chuàng)新，充分了解加工領(lǐng)域存在的缺陷，依托技術(shù)改進(jìn)實(shí)現(xiàn)加工工藝優(yōu)化，確保各個(gè)加工制造環(huán)節(jié)更加完善，從根本上提升加工質(zhì)量。

具體到傳動(dòng)軸加工方面，仍或多或少地存在著缺陷性問(wèn)題。傳動(dòng)軸常規(guī)裝夾制齒示意圖如圖1 所示。因裝配需要，要求傳動(dòng)軸裝配定位端面與卡環(huán)槽端面之間的軸向尺寸為30 mm±0.03 mm。常規(guī)夾具采用兩端中心孔定心、彈性?shī)A套夾緊光軸進(jìn)行制齒加工，制齒后會(huì)有翻邊翻到裝配定位端面處，導(dǎo)致端面不平，影響最終裝配。為了控制軸向尺寸、消除制齒翻邊對(duì)軸向尺寸的影響，熱處理后在磨削光軸外圓時(shí)需要對(duì)裝配定位端面進(jìn)行同步磨削。磨削時(shí)需要使用軸向量?jī)x檢測(cè)卡環(huán)槽端面位置，進(jìn)而判定裝配定位端面的磨削深度。但因卡環(huán)槽有效深度僅有0.3 mm，利用軸向量?jī)x檢測(cè)卡環(huán)槽端面位置難度大，不僅檢測(cè)效率低，而且容易出現(xiàn)測(cè)量不準(zhǔn)，造成磨削工序加工效率低、軸向尺寸不穩(wěn)定等質(zhì)量問(wèn)題。因此，亟待通過(guò)技術(shù)優(yōu)化如加工夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)加工過(guò)程中存在的缺陷性問(wèn)題加以解決，以確保傳動(dòng)軸在尺寸、形狀、位置等方面更加精密。

圖1 傳動(dòng)軸常規(guī)裝夾制齒示意圖

二、夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低加工成本，運(yùn)用中心孔定心性好的特性，采用壓縮彈簧推動(dòng)浮動(dòng)頂尖、與設(shè)備頂尖配合使用的方法，研究設(shè)計(jì)了一種端面驅(qū)動(dòng)夾具結(jié)構(gòu)。該夾具改變了傳動(dòng)軸的制齒方向和翻邊位置，解決了批量生產(chǎn)前常規(guī)裝夾方式造成的裝配定位端面翻邊而引起的熱處理后磨削工序質(zhì)量不穩(wěn)定、加工效率低等問(wèn)題。

該端面驅(qū)動(dòng)夾具主要由浮動(dòng)頂尖、夾具體、壓縮彈簧、堵蓋和連接螺栓等部分組成，如圖2 所示。浮動(dòng)頂尖位于夾具體內(nèi)孔處，受夾具體限制浮動(dòng)頂尖只有上下移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度；浮動(dòng)頂尖與夾具體之間采用小間隙高精度配合，使得浮動(dòng)頂尖上下移動(dòng)時(shí)能夠始終保持中心線不偏移。壓縮彈簧位于夾具體空腔內(nèi)、浮動(dòng)頂尖與堵蓋之間，為浮動(dòng)頂尖提供推力，裝上堵蓋后壓縮彈簧處于輕壓縮狀態(tài)，浮動(dòng)頂尖受壓縮彈簧推力和夾具體內(nèi)孔臺(tái)階限制處于靜止?fàn)顟B(tài)。堵蓋與夾具體之間采用大間隙配合，二者通過(guò)螺釘連接為一個(gè)整體。夾具組裝完畢后通過(guò)連接螺栓與設(shè)備工作臺(tái)相連，夾具校正完成后，浮動(dòng)頂尖回轉(zhuǎn)中心、設(shè)備頂尖回轉(zhuǎn)中心和工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心三者重合。

圖2 端面驅(qū)動(dòng)夾具裝夾示意圖

三、夾具的應(yīng)用

1.夾具的校正

夾具總成在線下組裝完成后，放置在設(shè)備工裝臺(tái)中央位置，夾具與設(shè)備工作臺(tái)通過(guò)連接螺栓連接。校正時(shí)，首先對(duì)各連接螺栓進(jìn)行預(yù)擰緊，千分表測(cè)頭與浮動(dòng)頂尖60°錐面接觸，然后在轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)的同時(shí)通過(guò)敲擊夾具體不斷減小千分表波動(dòng)值至0.005 mm 以下；之后將各連接螺栓完全擰緊，使夾具得到有效固定；最后再次轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，復(fù)測(cè)浮動(dòng)頂尖60°錐面的徑向跳動(dòng)仍處于0.005 mm 以下即可。

2.設(shè)備頂尖工作位置調(diào)整

想要夾具正常工作，設(shè)備頂尖升起后的停止點(diǎn)位置至關(guān)重要，頂尖到達(dá)上停止點(diǎn)時(shí)既要保證工件與上下頂尖接觸，又要保證工件能夠順利裝上和取下。上停止點(diǎn)位置調(diào)整時(shí)首先升起設(shè)備頂尖，使設(shè)備頂尖與浮動(dòng)頂尖之間的距離大于工件長(zhǎng)度；取工件放到浮動(dòng)頂尖上，工件下中心孔與浮動(dòng)頂尖接觸，工件方向如圖2 中所示，此時(shí)通過(guò)工件施加在浮動(dòng)頂尖上的力僅為工件重量；然后設(shè)備頂尖下降至與工件上中心孔接觸，完成工件定心，此時(shí)設(shè)備頂尖位置為上停止點(diǎn)位置；最后調(diào)整設(shè)備頂尖限位開關(guān)或輸入頂尖上行停止點(diǎn)坐標(biāo)，即可完成設(shè)備頂尖上停止點(diǎn)位置的調(diào)整。

3.夾具的使用操作

裝工件步驟：拿起工件，略微傾斜，使其下中心孔與浮動(dòng)頂尖接觸，之后施加向下的力讓浮動(dòng)頂尖下移進(jìn)入夾具體中，然后扶正工件并取消下壓工件的力，浮動(dòng)頂尖在彈簧彈力下上移，直至工件上中心孔與設(shè)備頂尖接觸，松開工件，完成工件定心，此時(shí)工件僅有旋轉(zhuǎn)自由度。

取工件步驟：給工件施加向下的力，使浮動(dòng)頂尖下移進(jìn)入夾具體中，之后傾斜工件即可取下。

4.驅(qū)動(dòng)原理

夾具體頂端設(shè)計(jì)有凸棱，如圖3 所示。當(dāng)設(shè)備頂尖下行時(shí)，帶動(dòng)工件和浮動(dòng)頂尖下移，工件端面與夾具體接觸后受凸棱擠壓發(fā)生塑性變形，凸棱尖端部分嵌入工件，工件被完全固定、夾緊，此時(shí)工件與夾具體可視為一個(gè)整體，工作臺(tái)帶動(dòng)夾具和工件旋轉(zhuǎn)，為其提供驅(qū)動(dòng)力。工件制齒完成后設(shè)備頂尖上行，浮動(dòng)頂尖和工件在彈簧的彈力下隨設(shè)備頂尖上移，直至設(shè)備頂尖到達(dá)上停止點(diǎn)位置時(shí)停止。

圖3 夾具體頂端凸棱示意圖

5.推廣應(yīng)用

該端面驅(qū)動(dòng)夾具不僅適用于上述傳動(dòng)軸的制齒，也同樣適用于泵齒輪軸的制齒。如圖4 所示為安徽星瑞齒輪傳動(dòng)有限公司開發(fā)的一款油泵齒輪軸，該產(chǎn)品齒輪兩端的光軸部分軸向長(zhǎng)度均較短，當(dāng)使用常規(guī)的雞心夾頭類夾具或彈性?shī)A套類夾具夾持光軸外圓進(jìn)行制齒時(shí)，不可避免地出現(xiàn)滾刀與夾具干涉情況，此時(shí)使用端面驅(qū)動(dòng)夾具即可順利解決滾刀與夾具干涉問(wèn)題。

圖4 泵齒輪軸制齒示意圖

三、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

（1）浮動(dòng)頂尖和夾具體之間為間隙配合，間隙越小浮動(dòng)頂尖的定心性能越好，推薦采取間隙在0.003～0.006 mm 的小間隙配合。

（2）夾具體頂端凸棱為工件旋轉(zhuǎn)提供驅(qū)動(dòng)力，凸棱兩側(cè)面角度越小、頂端平臺(tái)寬度越小提供的驅(qū)動(dòng)力越大，但角度和寬度過(guò)小時(shí)尖端易出現(xiàn)損傷，推薦兩側(cè)面角度60°、頂端平臺(tái)寬度0.5 mm。

（3）壓縮彈簧選用符合《普通圓柱螺旋壓縮彈簧尺寸及參數(shù)（兩端圈并緊磨平或制扁）》（GB/T 2089—2009）要求的圓柱螺旋壓縮彈簧，其工作狀態(tài)彈力應(yīng)為工件和浮動(dòng)頂尖重量之和的2～4 倍，彈力過(guò)大會(huì)增加員工裝夾工件的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低工作效率。

四、改進(jìn)效果分析

改進(jìn)后，工件按圖2 中所示方向裝夾制齒，翻邊會(huì)翻到軸頭端面處，裝配定位端面處不再有翻邊，熱處理后的磨削工序只需磨削光軸外圓，取消了磨削端面的工步，避免了軸向量?jī)x測(cè)量不準(zhǔn)造成的軸向尺寸不穩(wěn)定的質(zhì)量問(wèn)題；同時(shí)取消了軸向量?jī)x檢測(cè)卡環(huán)槽端面位置的工步，提高了加工效率。質(zhì)量穩(wěn)定性轉(zhuǎn)為毛坯精車工序控制，數(shù)控車床精車時(shí)一次裝夾完成30軸向尺寸處的車削，同時(shí)壓縮公差至±0.02 mm，即可穩(wěn)定控制成品的軸向尺寸在30 mm±0.03 mm。

五、結(jié)語(yǔ)

本文介紹的端面驅(qū)動(dòng)夾具可以依靠工件兩端中心孔和任意一側(cè)軸頭端面實(shí)現(xiàn)定心和夾緊，而不再夾緊工件外圓，解除了工件裝夾的方向限制，為設(shè)計(jì)人員提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。