薄套類零件自動夾緊拆卸倒角裝置的設計與應用

閆柏，韓春生，李曉君，姜新

（一汽解放汽車有限公司卡車廠裝備技術室，吉林 長春 130011）

薄套類零件自動夾緊拆卸倒角裝置的設計與應用

閆柏，韓春生，李曉君，姜新

（一汽解放汽車有限公司卡車廠裝備技術室，吉林 長春 130011）

本文針對薄套類零件的加工特點詳細闡述了采用凸輪機構的原理、運用車床卡盤旋轉運動離心力的原理，自行設計并制造了套類零件的倒角裝置，此裝置的原理是利用凸輪卡爪內的彈簧對工件夾緊產生預緊力，車床卡盤旋轉時工件與斜面凸輪卡盤產生向心摩擦力，當車床卡盤高速旋轉刀具或鉆頭與零件接觸時，零件產生的塑性變形力瞬間使凸輪卡爪的夾緊力增大，此時工件的塑性變形力與工件夾緊力相等，解決了手工裝夾產生的一系列的問題。應用到了實際生產中，不僅提高了產品質量和勞動效率，而且降低了操作者的勞動強度。此裝置裝夾方便快捷實現了自動夾緊、自動退料的功能。

偏心夾爪；離心力；自夾緊；退料裝置

1 概述

隨著汽車市場的競爭日益激烈，汽車廠家對汽車零部件的質量要求越來越高，以質量求生存是汽車市場競爭的最好的辦法。為了贏得市場份額，汽車廠家生產方式日趨向多品種、少批量方向發展。因此，我廠的車架的品種就不斷增加，車架上的孔的種類及數量就不斷變化，對應的鉆孔夾具上面的鉆套就需要不斷更換，平均每月加工的鉆套達到10000多個。

原來鉆套倒角的加工工藝是：取件——裝夾——取扳手——夾緊工件——放回扳手——開車——倒角——退刀——等待——停車——取扳手——卸件，每個鉆套一面倒角需要12個工步，時間20秒，兩面就要40秒24個工步，動作頻繁。裝夾方式利用手工夾盤夾緊套類零件內孔倒角時，每個鉆套加工時必須兩面倒角，倒角必須用扳手，夾緊、松開各兩次，頻繁裝夾拆卸，輔助時間較長影響加工速度，每小時只能加工90件。所以實際的加工能力無法滿足現生產要求。

薄套類零件倒角時用手工裝夾，無法合理控制卡盤的夾緊力。卡盤夾緊力過大，容易損傷零件的外表面，造成零件變形，卡盤夾緊力過小會會造成零件在卡爪內滑動損傷零件的外表面，無法正常加工，而且零件裝夾時由于沒有定位基準偶爾會出現定位不準確，從而影響加工尺寸產生廢品。根據以上原因需要設計一種快速裝夾、快速退料、定位準確適合套類零件加工的夾具裝置。

2 薄套類倒角裝置的設計

設計方案。

（1）最初設想采用液動夾盤壓或氣動夾盤，不用扳手夾緊，但需要請專業人員完成此項目的設計工作，而且所需經費高，制造周期不確定；如果采用液動夾盤或氣動夾盤，需要增加液壓泵站或氣動泵站對車床進行改造，裝夾時需要用手把著零件再按裝夾按鈕等步驟，輔助時間較長。

（2）自制一套夾具。通過套筒的錐面相互鎖緊的功能，設想利用凸輪機構的偏心特性，通過凸輪斜面夾爪與工件之間產生的摩擦力，在高速旋轉時產生的離心力，來實現夾緊工件。 受沖壓模具退料原理的啟發，可以在主體內部增加一個活動的心軸，既能實現鉆套的定位，又能實現自動卸件的功能。

第二種方案具有裝夾便捷、可實現自動退料、定位準確等優點。根據論證第二種方案可實現自主設計及制造的能力。

3 零部件的設計

經過兩個月的研究論證完成圖紙的設計和各零部件的加工。

3.1 主體的設計

（1）主體具有安裝其他零部件的載體功能。

（2）可實現與機床夾盤連接的功能。

（3）主體的中心部加工心軸孔（用于安裝芯軸）芯軸孔與外圓的同軸度在主體尾部加工螺旋槽(螺旋槽的軸向距離為10mm) ，在端面加工銷孔（用于安裝定位銷）和螺釘孔（用于安裝凸輪卡爪）保證等分。

3.2 心軸、銷軸的設計

心軸安裝在主體的中心孔內，將心軸制作成兩體前端可隨車床卡盤旋轉避免與其它部件干涉，芯軸后端與主體螺旋槽用定位銷軸連接，車床運轉、停車時產生的離心力帶動擺錘正反向旋轉并推動芯軸沿主體上的螺旋槽軸向前后移動。心軸起到定位退料的作用。銷軸起到控制心軸的運動軌跡，見圖1、2。

3.3 離心擺錘的設計

離心擺錘采用過盈配合安裝在心軸的尾端并用螺母固定，擺錘是利用開車、停車旋轉時產生的離心力使離心擺錘沿螺旋槽擺動，帶動心軸做旋轉——直線運動，既能實現定位又能實現卸件的功能。正轉時——心軸縮回；停車時——心軸頂出，拆卸工件，見圖3。

3.4 斜面卡爪的設計

斜面夾爪用銷釘固定在主體端面上的螺釘孔內，并在夾緊面上加工出鋸齒，使鋸齒的齒距與滾花鉆套的花齒吻合，并有3度的斜角，這樣能加大它的摩擦力來提高夾緊力。在夾爪中開出彈簧槽，然后加入一個彈簧，使夾爪與工件產生一個預夾緊力，見圖4。

3.5 彈簧的設計

彈簧安裝在彈簧槽內使斜面卡爪產生預夾緊力的作用，為防止彈簧脫落在斷面處安裝擋板，如圖4所示。

圖5

3.6 切削刀具的選擇

（1）選擇單刃車刀切削。加工中發現單刃車削時，還是無法夾緊工件，使工件從夾具中脫離，通過分析發現切削時徑向切削力大于夾緊力。然后修改成增加一個軸向力和平衡的徑向分力，完成車削加工。

（2）選擇雙刃刀具切削。切刀片刃磨后進行車削，刀片采用雙刃切削可平衡徑向力，刀片切削時施加軸向力，可以防止工件從夾具中脫離，但加工后零件有振紋還是達不到工藝要求。

（3）選擇三刃銑刀切削。又采用銑床用的三刃銑刀，三個刃可以增加切削時的接觸面積，并均衡了徑向切削力，同時還增加了導桿的剛性。結果消除了振紋，滿足工藝要求。

圖1

圖2

圖3

圖4

4 薄套類零件倒角裝置的功能原理

此裝置利用車床卡盤旋轉運動產生的離心力，實現了開車自動夾緊，停車自動卸件功能。如圖5所示，它由主體1、活動芯軸2、斜面夾爪3、離心擺錘4 、銷軸5、彈簧6、定位銷7、擋板8、螺母9 、螺母10 、螺釘11組成。活動芯軸2安裝在主體1的中心孔位置，芯軸前端的臺階可實現薄套零件的定位作用、離心擺錘4與活動芯軸2的尾部連接，用螺母9鎖緊，機床旋轉時離心擺錘產生離心力帶動芯軸沿主體螺旋槽向后移動處于定位的位置。當機床停止運轉時，由于離心力使擺錘推動活動芯軸沿主體上的螺旋槽運動，芯軸運動過程中實現了沿軸向向前推動工件從而實現了自動卸件功能。斜面夾爪3安裝在主體1的端面上，用銷軸5固定，彈簧6安裝在斜面夾爪3的彈簧槽內，為斜面夾爪與工件之間提供預夾緊力，實現自動夾緊功能。當切削時產生的向心摩擦力使工件夾緊，擋板8安裝在銷軸5的端面上，起安全保護作用，防止彈簧彈出。

5 效果驗證

5.1 創新性

它是利用斜面夾爪上的彈簧自動夾緊工件。利用離心力使離心擺錘帶動心軸頂出工件實現自動拆卸，芯軸前端的臺階可實現定位功能。其特點是節約能源，裝夾、拆卸方便快捷沒有輔助時間，如圖6、7所示。

（2）此裝置使用后減少了6個工藝步驟，每個鉆套減少加工時間20秒，提高生產效率2倍。具體的加工時間變化見表2。

表2

圖6

圖7

5.2 實用性

（1）實現自動夾緊、自動拆卸， 工藝發生了改變。使用此裝置前后的工藝步驟的對比見表1。

表1

6 結語

薄套類零件倒角裝置是根據實際生產情況自主設計、加工、組裝的夾具，實現了自動夾緊、自動退料、定位準確等功能。在5年的生產使用過程中,有效的提高了產品合格率，薄套類零件倒角裝置使用前的產品合格率是97%，使用后的產品合格率是100%。而且生產效率提高兩倍以上，降低了員工的勞動強度，并且加工的數量越多倒角的效率越高。采用薄套類零件倒角裝置后極大地緩解了生產壓力。

本次改造提高了員工自主改造的積極性，積累了寶貴的設計、加工經驗，為提高員工的技術素質奠定了基礎。

薄套類零件倒角裝置獲得2011年全國專利局頒發的實用新型專利證書。

TG753

A

1671-0711（2017）03（上）-0086-03