輪轂加工的夾爪改進與工藝優化研究

歐樹錶

摘 要：文章針對在生產加工輪轂過程中，由于生產的工件未能達到圖紙要求而被迫增加一道工序的問題，經過筆者細心觀察和測量，多方面著手，改進夾爪、調整工件夾緊位置，適當改變夾頭夾緊力，解決了因質量要求而增加的工序，保證產品與圖紙的要求一致。

關鍵詞：輪轂；夾爪；夾緊位置；夾緊力

中圖分類號：TG519.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）23-0026-03

廣東巨輪模具股份有限公司是我校主要校企合作單位，該公司主要生產汽車輪胎模具及相關配件。在生產加工輪轂過程中，由于生產的工件未能達到圖紙要求而被迫增加一道工序。在大批量生產中，增加一道工序將對整個產品的生產周期和所投入的資金都造成一定的影響。為提高工效、降低成本，根據校企合作精神，本人對該公司的夾爪及工藝進行技術攻關，取得一定成效。

1 原來的工藝與問題

廣東巨輪公司在2009年底購買了沈陽第一機床廠所生產的CK516B數控立車，用于輪轂車削加工。加工工藝是參照德國公司的工藝進行的。首先裝夾毛坯Ф380 mm的外圓進行加工小端，再裝夾已加工好的Ф280 mm外圓，加工大端，然后轉至五工位鉆孔，但試產時的結果令人失望。

經過詳細地對所出現問題的分析，原來是當時設備在出廠時的小端夾頭壓力設定為32 kgf/cm2，而大端夾頭壓力設定為24 kgf/cm2。把零件加工完畢后，采用三坐標檢測儀進行檢測，經過檢測后得出大端法蘭面的端面跳動嚴重超差，誤差在0.1 mm左右，如圖1所示。

為此，廠里的技術員把大端夾頭的壓力分別調小到

23 kgf/cm2、21 kgf/cm2、18 kgf/cm2，但是所加工出的輪轂法蘭面跳動仍然超出圖紙所示要求，就是采用最小的壓力夾緊，所加工出的輪轂跳動仍達到0.06 mm，還是達不到圖紙要求。所以技術員再次按照正常輪轂毛坯的硬度和強度進行夾緊力與切削力的精確計算后，得出結果是：如果把壓力降至15 kgf/cm2后，仍然可以夾持得穩的。所以在降低壓力后，連續穩定地加工了多個輪轂，且全部合格，跳動均在0.03～0.05 mm之間。

調試到了這個階段可以說是較為圓滿了，但始料不及的是，由于個別毛坯的強度和硬度起了變化。所以出現了剛執行程序到粗車Ф176 mm端面的時候，突然把整個重達20多公斤的工件頂出夾爪，飛向刀架，造成了價值11萬元的意大利DUPLOMATIC八工位電動刀架嚴重損壞。如果忽略生產設備和毛坯質量的不同，就直接生搬硬套地采用德國的工藝，那是行不通的。特別是我們國產的毛坯料和德國的毛坯料在鑄造工藝上存在著技術上的差異。德國的毛坯料在外形尺寸上比較準確，而且加工余量很少，在材質上也非常穩定。而國產的毛坯料遠遠達不到這種技術要求，除了在加工余量上比較大外，連毛坯的硬度和強度也存在較大的差異，所以碰到較硬的毛坯料時，產生的精度誤差問題也就出現了。

雖然經過多次的分析和調試，但調試的進展情況還是讓我們陷入了困境。因為輪轂大端壓力增大則變形，使之端面跳動不合格；壓力減小則夾不穩，造成工件和機床的損壞；而從德國進口毛坯則成本過高，同時在供應時間上也極不靈活。而公司則要求嚴格按照圖紙公差生產，確保質量。

最后，工程師們因多次調試失敗和刀架損毀嚴重而不愿再繼續調試了。所以在數控車加工前增加一工序，即先用普通車床夾大端Ф176 mm毛坯外圓粗加工Ф380±0.2外圓，然后再將大端的夾爪更換成小端夾爪，夾Ф380 mm的外圓，將壓力調回20 kgf/cm2。

2 問題的發現

在技術員們消極地面對加工問題的情況下，2010年5月，巨輪公司請求我校對其進行技術攻關，提高輪轂組的工效，降低成本。他們的競爭對手與他們廠的同類車軸價格相差3 000多元，原因就是他們的成本居高不下。而輪轂的生產效率也較低。只有提高生產效率，才能立于不敗之地。

因此我想到必須提速耗時最長的工序部分，因為最慢的則正好又是加工輪轂的大端部分，尤其是輪轂的大端部分。我在加工時，意外地發現問題，當夾爪夾緊輪轂時的瞬間，都存在著一種不平整的抖動現象。于是我用塞尺反復測量三個定位塊和輪轂之間的間隙。同時重復用百分表在車削好的法蘭面上去檢查同一點夾緊和放松的情況。發現整個輪轂總是存在著上升和傾斜的現象，盡管這上升和傾斜的尺寸很小，相差都在0.02 mm以內。

這個發現讓我想起最初調試工藝的情況。如果這邊0.02 mm，那邊0.02 mm，多個誤差累積下，那么端面0.05 mm的跳動就很難保證了。反過來，如一一得以控制，那么普通車這一工序則就可以省去。

首先將原來夾Ф280 mm的夾爪更換上，然后用一個已經加工好的輪轂放在定位塊和夾爪間，反復觀察。同時自制了一個直角扁鐵來輔助測量。即先將扁鐵的一直角邊固定在夾爪上，在夾爪不受力的狀態下使另一邊垂直；然后夾緊輪轂，在懸空一直角邊取100 mm進行測量，高點和低點竟相差0.05 mm，如圖2所示。

當然，這0.05 mm應該是夾爪底部聯接件在受很大力后存在的間隙和夾爪與工件受力后的彈性變形所組成的。因此我推算出夾爪夾緊面的傾斜量為：40×（0.05/100）=0.02 mm。同時，還存在另一個問題，就是夾頭端面與輪轂小端法蘭面的間隙有5 mm左右。而根據輪轂所夾的位置，如果能夠盡量往Ф280 mm圓的根部夾緊的話，那么它的變形量將進一步減小。

3 解決問題

綜合上面所出現的問題，可以分三步進行解決：

①重新調整夾爪、定位塊和工件之間的相對位置，使輪轂的變形量達到減小。因為輪轂的形狀和尺寸是固定的，所以只能從夾爪和定位塊來改變。

因夾爪接下來需要進行車削，所以必須要先準備一工件作為夾爪的支承塊。而且定位塊要高出夾爪，所以先進行拆除。拆除好后，先夾爪夾緊著支承塊，再對車削工藝進行改進。首先車削夾爪的端面，選取高度最低的一個夾爪后，再降低0.3 mm左右，然后將三個夾爪端面車成同一高度。其次對夾爪的外邊進行車削。因為改進后的夾爪端面與輪轂法蘭的間隙只有0.5 mm，而在輪轂的正常加工過程中，很容易把夾爪外邊車到或撞到。所以要把夾爪的外邊先車削一小臺階，5 mm的深度和Ф375 mm的直徑。然后把定位塊裝回，并且要調整好定位塊高度，高出夾爪端面高度0.8～0.9 mm左右，然后把定位塊鎖緊固定好。最后在夾爪端面上把車刀升高0.5 mm，把定位塊端面車一刀，這樣，就改變了輪轂的夾緊位置，如圖3所示。

②解決夾緊輪轂時出現的抖動、上升問題。夾爪在受力后的底部與夾爪夾緊面之間會形成一力偶，導致各聯接件產生微量的彈性變形，從而引起夾頭向后仰。而夾緊輪轂時，夾爪面不是同時接觸工件的，就會產生抖動現象。另外，在夾緊時的瞬間夾頭表面和輪轂的接觸面先是面接觸的，然后夾頭向后仰，轉變為線接觸，從而導致工件向上產生極微小的高度。假如夾緊時先由線接觸，然后再轉變為面接觸，那么夾爪就會很牢地把工件摳緊。

所以把夾爪車削一個錐度，使其夾緊由線到面；同時，面接觸時盡量消除夾爪向后仰，以及夾爪與毛坯之間的彈性變形量。另外，法蘭端面到Ф280 mm外圓面有一刀尖圓弧R1.2 mm。為了避開刀尖產生圓弧，要倒一個1×45 ？觷的角。加工好后將夾爪和定位塊進行去銳倒棱，如圖4所示。

③將夾緊壓力20 kgf/cm2下調至設備最低安全壓力18 kgf/cm2，以減小工件法蘭面的變形量。

先解決好這三步后，接下來重新對刀、改程序和試加工了。在程序和刀補都準確無誤后，就拿小端已加工好的輪轂（Ф380 mm外圓未加工）進行試加工。

加工情況非常穩定，工件加工好后送三坐標進行全面測量，結果與圖紙要求完全一致，并且最難解決的法蘭面跳動在0.04 mm。

接下來連續加工了10多件，其跳動都在0.035～0.045 mm之間。加工后的輪轂效果圖如圖5和圖6所示。

4 重新更改工藝后的生產情況

在更改工藝后，省去了普通車削這一工序，全部由數控機床完成。而且法蘭面跳動也一直保持在0.035～0.045 mm之間。

5 結 語

經過這次夾爪的改進，將難解決的問題解決了，省去了普通車削這一工序，從而優化了工藝。同時，為下一步優化加工程序、提高加工速度打下了基礎，使輪轂組重新走回了較為科學、合理的工藝。并且，本次的工藝改進為該公司節省了加工時間、縮短了加工周期，從而提高了該公司的生產效率，降低了成本。根據初步測算，經過改進后，省了兩臺普通車床，四個車工，另節省了工人工資、刀具消耗、車床電費等，一年下來最少可以節約10萬元左右。

參考文獻：

[1] 宋小春，張木青.數控車床編程與操作[M].廣州：廣東經濟出版社，2005.