曲軸箱立臥五工位回轉(zhuǎn)式刷光機(jī)及其主要部件設(shè)計(jì)

黃衛(wèi)忠 施兆春

摘 要：設(shè)計(jì)了一種曲軸箱立臥五工位回轉(zhuǎn)式刷光機(jī)，用于客戶某系列曲軸箱缸孔與其端面、軸孔與其端面、兩個(gè)高壓腔刷光工序的加工，經(jīng)更換和調(diào)整部分輔件、夾具，能適應(yīng)其他型號(hào)曲軸箱的刷光工序加工。與線型刷光設(shè)備相比，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定，操作方便，預(yù)留自動(dòng)上下料接口，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)加工。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)臺(tái)；曲軸箱刷光；夾具

中圖分類號(hào)：TG669? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2024）10-0045-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.10.011

0? ? 引言

冰箱巨大的市場(chǎng)需求，為冰箱壓縮機(jī)裝備國(guó)產(chǎn)化提供了動(dòng)力，眾多裝備供應(yīng)商積極投入研發(fā)，引進(jìn)消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，已可為冰箱壓縮機(jī)行業(yè)提供全套的加工裝配設(shè)備。設(shè)備國(guó)產(chǎn)化意味著擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其極大地降低了生產(chǎn)成本，曲軸箱立臥五工位回轉(zhuǎn)式刷光機(jī)也是國(guó)產(chǎn)化設(shè)備之一。

1? ? 零件結(jié)構(gòu)工藝分析

曲軸箱也稱氣缸座，是冰箱壓縮機(jī)主要零件，是壓縮機(jī)曲軸、連桿、活塞、電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子等零件安裝的支撐件。

壓縮機(jī)曲軸箱機(jī)加工完成后其曲軸孔和活塞孔中殘留一些殘?jiān)懊?，?jīng)清洗后，殘?jiān)苋壳宄?，但毛刺仍然存在孔?nèi)。毛刺的存在會(huì)導(dǎo)致曲軸及活塞在曲軸箱腔體內(nèi)運(yùn)行過程中不流暢，從而影響壓縮機(jī)的電氣性能，甚至?xí)骨S或活塞卡死，報(bào)廢壓縮機(jī)。因此，在曲軸箱裝配前應(yīng)增加一道定位刷光毛刺工藝[1]。

曲軸箱為箱體類零件，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。材料：FCD250；硬度：HB190～240；曲軸孔N、缸孔M為關(guān)鍵孔，孔徑尺寸精度要求6級(jí)，圓柱度0.005，刷光后用粗糙度儀檢測(cè)曲軸孔表面粗糙度≤Ra0.4，缸孔表面粗糙度≤Ra0.3；曲軸孔、缸孔垂直度0.04/200。零件為大批量生產(chǎn)，加工工藝為先面后孔，先粗后精，加工過程中穿插退火等熱處理工藝，保證內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，尺寸穩(wěn)定。刷光工序圖如圖1所示，一面兩銷定位，工位一上下料，工位二曲軸孔及端面刷光，工位三缸孔及端面刷光，工位四高壓腔孔一刷光，工位五高壓腔孔二刷光。

2? ? 機(jī)床方案分析

設(shè)備用于客戶曲軸箱缸孔與其端面、軸孔與其端面、兩個(gè)高壓腔刷光工序的加工，經(jīng)更換和調(diào)整部分輔件、夾具，能適應(yīng)其他型號(hào)曲軸箱的刷光工序加工。單臺(tái)生產(chǎn)節(jié)拍[加工時(shí)間（MT）+輔助時(shí)間（HT）]≤4.5 s/件，生產(chǎn)節(jié)拍可調(diào)，產(chǎn)量≥800件/h。

設(shè)備要在一道工序中完成曲軸箱缸孔與其端面、曲軸孔與其端面、2個(gè)高壓腔刷光工序，同時(shí)保證單臺(tái)生產(chǎn)節(jié)拍[加工時(shí)間（MT）+輔助時(shí)間（HT）]≤4.5 s/件，一般一個(gè)部位刷光機(jī)動(dòng)時(shí)間不小于4.5 s，上下料、滑臺(tái)快進(jìn)快退輔助時(shí)間也要約4.5 s，要保證生產(chǎn)節(jié)拍，需考慮2個(gè)工件同時(shí)加工。要4個(gè)部位完成刷光，機(jī)床必須保證多個(gè)動(dòng)力頭同時(shí)動(dòng)作加工。缸孔與其端面垂直于曲軸孔與其端面、兩個(gè)高壓腔，刷光動(dòng)力頭也需垂直布置。結(jié)論：機(jī)床為雙工件立臥五工位，可線型也可圓型布置；線型布置機(jī)床線體長(zhǎng)，不便于防護(hù)[2]；圓型布置結(jié)構(gòu)緊湊，占地少，全防護(hù)，操作方便。

3? ? 機(jī)床總圖

曲軸箱立臥五工位回轉(zhuǎn)式刷光機(jī)總圖如圖2所示，機(jī)床按鉆鏜組合機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)[3]。機(jī)床主要組成部件有：減震器、床身、數(shù)控滑臺(tái)、二軸剛性刷光動(dòng)力頭及傳動(dòng)部件、刀輔具部件、夾具、配氣盤、五工位數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)、防護(hù)部件、立柱及配重部件、控制部件、冷卻及水路部件、氣路部件、潤(rùn)滑部件。工位一為上下料裝置，工位二曲軸孔端面刷光、曲軸孔刷光，工位三缸孔端面刷光、缸孔刷光，工位四高壓腔孔一刷光，工位五高壓腔孔二刷光。

曲軸孔端面及軸孔、缸孔端面及缸孔、高壓腔孔一、高壓腔孔二在一次裝夾中完成刷光，五組夾具6五等分安裝在床身臺(tái)面上，工位二、工位四、工位五為臥式雙軸動(dòng)力頭4安裝在數(shù)控滑臺(tái)3上，工位三為立式雙軸動(dòng)力頭安裝在數(shù)控滑臺(tái)上，數(shù)控滑臺(tái)安裝在立柱10上，立柱有平衡滑臺(tái)的配重部件。數(shù)控滑臺(tái)3、立柱10圍繞五工位數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)8布置，螺釘固定安裝在床身2上，床身與地面之間采用12個(gè)減震器連接，可調(diào)整水平。防護(hù)部件9為冷軋板制成的全防護(hù)，操作者位置為手動(dòng)門，另三面配開窗戶。冷卻系統(tǒng)及水路部件12負(fù)責(zé)機(jī)床刷光工作時(shí)給刷光部位冷卻并清除鑄鐵灰。氣路部件13負(fù)責(zé)給夾具氣缸、刷光動(dòng)力頭、氣槍供氣，同時(shí)負(fù)責(zé)氣缸的壓力調(diào)整、換向、調(diào)速。潤(rùn)滑部件14負(fù)責(zé)定期自動(dòng)潤(rùn)滑滑臺(tái)。

控制部件11由安裝于電氣控制柜內(nèi)的三菱可編程控制器（PLC）、伺服驅(qū)動(dòng)器、總電源開關(guān)、控制電源開關(guān)、電機(jī)保護(hù)斷路器、接觸器、DC24 V開關(guān)電源、保險(xiǎn)絲以及操作面板、接近開關(guān)、執(zhí)行部件（電磁閥、電機(jī)）等部分組成。采用PLC加GT1030觸摸屏控制，GT1030觸摸屏安裝在防護(hù)罩操作者右上方，便于操作。有監(jiān)視及人機(jī)對(duì)話功能，使設(shè)備運(yùn)行更加可靠，維修調(diào)整更加快捷方便。

機(jī)床動(dòng)作順序：工位一→人工下件上件→夾具氣缸夾緊→分割器回轉(zhuǎn)（同時(shí)工位二→工位二滑臺(tái)工進(jìn)→工位二滑臺(tái)快退→分割器回轉(zhuǎn)；同時(shí)工位三→工位三滑臺(tái)工進(jìn)→工位三滑臺(tái)快退→分割器回轉(zhuǎn)；同時(shí)工位四→工位四滑臺(tái)工進(jìn)→工位四滑臺(tái)快退→分割器回轉(zhuǎn)；同時(shí)工位五→工位五滑臺(tái)工進(jìn)→工位五滑臺(tái)快退→分割器回轉(zhuǎn)）。

4? ? 機(jī)床主要部件設(shè)計(jì)

4.1? ? 雙軸刷光動(dòng)力頭設(shè)計(jì)

雙軸刷光動(dòng)力頭如圖3所示，其兩根主軸6前端采用彈性筒夾25、螺母26與刷光刀具連接；主軸軸承均采用油脂潤(rùn)滑，為防止冷卻液及灰塵浸入主軸箱體29內(nèi)，影響主軸精度甚至損壞軸承3及10，主軸前端設(shè)置了氣環(huán)及迷宮密封。動(dòng)力頭傳動(dòng)直接采用多楔帶傳動(dòng)，比常規(guī)的三角皮帶傳動(dòng)更加安全可靠，使用壽命長(zhǎng)。

動(dòng)力頭前后支承各采用一對(duì)背對(duì)背安裝P5級(jí)哈軸角接觸球軸承組合，該結(jié)構(gòu)可承受較大的軸向負(fù)荷和較高的轉(zhuǎn)速，剛性好，精度高，性能可靠。

4.2? ? 夾具設(shè)計(jì)

圖4為夾具裝配圖，工件采用一面兩銷定位，氣缸壓緊[4]，一次安裝兩件。夾具體1底面與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)臺(tái)面用螺釘連接，支撐塊4及定位銷座5限制工件4個(gè)腳構(gòu)成的平面3個(gè)自由度，菱形銷6及圓柱銷8限制工件的2個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度及1個(gè)回轉(zhuǎn)自由度，為完全定位，襯套7在夾具體與菱形銷（圓柱銷）之間，減少因更換定位銷引起夾具體上定位孔的磨損。定位襯套10用2個(gè)圓螺母固定連接在與零件曲軸孔外圓對(duì)應(yīng)的夾具體孔上，彈簧片9用螺釘固定在定位襯套上，一方面粗限位工件，另一方面防止工件夾具往前偏移。每個(gè)工件采用2只氣缸2夾緊，壓塊3作用在工件壓緊點(diǎn)，該點(diǎn)正對(duì)支撐塊4，無偏移力矩變形。

五組夾具等分安裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)面上，在裝卸料工位一氣缸打開，工位二、工位三、工位四、工位五氣缸夾緊，配氣盤實(shí)現(xiàn)氣缸換向。

4.3? ? 自制數(shù)控滑臺(tái)

動(dòng)力頭安裝在數(shù)控滑臺(tái)上，滑臺(tái)提供進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。滑臺(tái)的一側(cè)有行程開關(guān)，由電氣控制伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、工進(jìn)、快退等運(yùn)動(dòng)。

給被加工件提供進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的數(shù)控滑臺(tái)，其行程到位一是通過行程開關(guān)，二是伺服電機(jī)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)，三是通過前端固定擋鐵進(jìn)行保護(hù)。

數(shù)控滑臺(tái)由如下基本部件組成：滑座、滑臺(tái)體、直線導(dǎo)軌、滾珠絲桿、聯(lián)軸器、集中潤(rùn)滑、伺服電機(jī)等。其中直線導(dǎo)軌采用日本THK的產(chǎn)品，能夠保證滑臺(tái)體直線運(yùn)動(dòng)時(shí)與動(dòng)力頭的平行度。

導(dǎo)軌滑塊、滾珠絲桿采用潤(rùn)滑泵定期定量潤(rùn)滑，如果個(gè)別潤(rùn)滑點(diǎn)工作不正常，會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

為了調(diào)節(jié)前后工作行程，需識(shí)別前進(jìn)端及后退端的位置，調(diào)整相應(yīng)的接近開關(guān)。

5? ? 結(jié)論

曲軸箱立臥五工位回轉(zhuǎn)式刷光機(jī)可在一次裝夾中完成曲軸箱缸孔與其端面、軸孔與其端面、兩個(gè)高壓腔刷光工序的加工，經(jīng)更換和調(diào)整部分輔件、夾具，能適應(yīng)其他型號(hào)曲軸箱的刷光工序加工。該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)廠家多年使用，性能穩(wěn)定，操作方便。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 狄春良，郗安民，劉穎.電冰箱壓縮機(jī)缸體毛刺刷光機(jī)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2002（6）：64-66.

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[4] 吳拓.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

收稿日期：2024-01-19

作者簡(jiǎn)介：黃衛(wèi)忠（1977—），男，安徽肥東人，工程師，研究方向：控制理論與控制工程。

通信作者：施兆春（1968—），男，江蘇揚(yáng)州人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：機(jī)械制造教學(xué)、組合機(jī)床設(shè)計(jì)。