多工位飛錘尾部加工回轉(zhuǎn)氣動夾具設(shè)計與應(yīng)用

儲曉猛

（1.江蘇高創(chuàng)機(jī)電制造有限公司，鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇大學(xué) 基礎(chǔ)工程訓(xùn)練中心，鎮(zhèn)江 212013）

0 引言

飛錘是柴油機(jī)調(diào)速器（如圖1所示）中不可缺少的一個零件，其作用是在柴油機(jī)工作時，根據(jù)外界負(fù)荷的變化，飛錘通過其張合角度大小的變化來調(diào)節(jié)供油量，以保持供油量與外界負(fù)荷相適應(yīng)，使柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速在一定的范圍內(nèi)保持穩(wěn)定運(yùn)行，以防出現(xiàn)“飛車”事故或熄火現(xiàn)象[1]。圖2是飛錘零件加工過程中的一個工序圖，該工序要求飛錘尾部到小平面A的距離為18±0.15mm。盡管該工序精度要求不高，但加工數(shù)量較大，每月需生產(chǎn)20000余件，加工效率成為急需解決的問題。原先該工序采用傳統(tǒng)的單件裝夾方式在立式銑床上進(jìn)行加工，此方法每次只能加工一件且每件飛錘加工完成后，需要關(guān)停銑床主軸，調(diào)整刀具位置，操作人員的工作量和勞動強(qiáng)度極大，輔助加工時間長，生產(chǎn)效率低，平均的切削時間僅占全部工作時間的30%左右。針對以上加工方案的劣勢，我們設(shè)計并制作了一套多工位飛錘尾部加工回轉(zhuǎn)氣動夾具，實現(xiàn)了回轉(zhuǎn)流水線式、批量連續(xù)不間斷加工，有效解決了上述諸多問題。

圖1 柴油機(jī)調(diào)速器部件圖

圖2 飛錘零件尾部加工工序簡圖

1 氣動專用夾具工作原理

該多工位飛錘尾部加工回轉(zhuǎn)氣動夾具主要由定位部件、夾緊部件、旋轉(zhuǎn)部件、氣動控制部件四大部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。多件飛錘零件逐一安裝在定位部件上（8工位）；旋轉(zhuǎn)部件帶動定位部件和夾緊部件作圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；氣動控制部件實現(xiàn)飛錘在A點位置處開始夾緊，飛錘隨著旋轉(zhuǎn)部件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在EF劣弧區(qū)域處，經(jīng)過銑床主軸上的旋轉(zhuǎn)銑刀的作用，零件被切削加工，飛錘繼續(xù)隨著旋轉(zhuǎn)部件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，到達(dá)B點位置處，飛錘零件開始松開，操作人員在CD劣弧區(qū)域處將加工好的飛錘取出，并安裝待加工的飛錘，夾具上所有工位均重復(fù)上述運(yùn)動，從而達(dá)到不停機(jī)自動夾緊與松開飛錘的回轉(zhuǎn)式銑削加工效果。

圖3 多工位飛錘尾部加工回轉(zhuǎn)氣動專用夾具

2 夾具設(shè)計及分析

2.1 定位部件設(shè)計分析

定位元件為外形是八邊形的夾具座16，具有八個工位，可實現(xiàn)8個飛錘零件的裝夾。如圖2工序所示，飛錘在加工該道工序時，利用其A、B、C面作為定位的基準(zhǔn)面，根據(jù)六點定位原理，飛錘小平面A與固定座上開設(shè)的頂面貼合，限制了飛錘的兩個自由度；飛錘底面B與固定座上開設(shè)的側(cè)面貼合，限制了飛錘的三個自由度；飛錘內(nèi)腔平面C與夾具座上開設(shè)圓柱銷外圓部分貼合，限制了飛錘的一個自由度，實現(xiàn)飛錘零件的完全定位[2]。由于飛錘結(jié)構(gòu)不規(guī)則，重心不穩(wěn)，為了裝夾定位可靠，設(shè)計了初限位裝置（限位塊21），先限位后定位。

2.2 夾緊部件設(shè)計分析

為了更好地減少輔助安裝時間，降低勞動強(qiáng)度，選用氣動夾緊。夾緊部件主要由數(shù)量均為8件的氣缸11、壓塊15、氣缸連接桿13、防轉(zhuǎn)座12及銷14等部分組成。其中，氣缸為動力裝置，通過螺釘臥式安裝固定在氣缸支架10上；壓塊為夾緊元件；氣缸連接桿、防轉(zhuǎn)座及銷為中間傳力機(jī)構(gòu)。將飛錘安裝到夾具的定位部件某一工位上之后，該工位對應(yīng)的氣缸活塞向前移動，推動壓板沿著防轉(zhuǎn)座向前移動，從而夾緊工件；該工件加工完成后，氣缸活塞帶動壓板向后移動，松開工件。每只氣缸均采用一只兩位五通電磁閥及一個行程開關(guān)進(jìn)行控制，實現(xiàn)其對應(yīng)工位飛錘自動松開及夾緊，方便操作[3]。

1）夾緊力的計算

夾緊力的大小確定主要考慮飛錘自身材質(zhì)（QT600）及銑削加工時實際選擇的切削用量，利用NOVEX切削計算軟件，計算得出的單件飛錘理論切削力FJ為800N左右，如圖4所示。在此切削力的基礎(chǔ)上乘以安全因素K（取值3）[4]，得出的所需實際夾緊力FJ0= FJ×K=800N×3=2400N。

圖4 NOVEX切削計算軟件計算切削力

2）氣缸的選擇

根據(jù)夾緊部件結(jié)構(gòu)可知，氣缸使用時是利用其推力直接作為飛錘壓緊的時所需的夾緊力。由氣缸輸出夾緊力（氣缸推力）公式：

其中：F為理論氣缸輸出夾緊力（N），取值2400N；

P為空氣壓力（MPa），取值0.7MPa；

D為氣缸直徑（mm）；

η為氣缸的力傳遞效率，取值0.85。

根據(jù)式(1)計算得出氣缸直徑D≈71.8mm，考慮到銑削過程中每個刀齒的不連續(xù)切削，作用于每個刀齒的切削力大小和方向隨時都在變化，致使在銑削過程中容易產(chǎn)生較大的振動，此外，由于工廠所供壓縮空氣壓力不穩(wěn)定及飛錘加工余量發(fā)生變化等因素的影響，因此夾具需要足夠的夾緊力。為安全起見，選擇直徑為80mm的氣缸。

2.3 旋轉(zhuǎn)部件設(shè)計分析

旋轉(zhuǎn)部件主要由回轉(zhuǎn)工作臺1、鏈輪2、連接盤6、連接套7、氣缸支架底座9等部分組成。螺釘自上而下依次貫穿氣缸支架底座、連接套及連接盤并與回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行固定連接；定位部件及夾緊部件均通過螺釘安裝固定在氣缸支架底座上平面。安裝在銑床工作臺上電機(jī)按一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，通過回轉(zhuǎn)工作臺1上的鏈輪2及鏈條傳動，帶動回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動，從而最終實現(xiàn)定位部件夾具座的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

圖5 氣動控制部件結(jié)構(gòu)簡圖

2.4 氣動控制部件設(shè)計與分析

氣動控制部件主要由擋鐵支架3、弧形擋鐵4、行程開關(guān)5（8只）、電磁閥8（8只）、氣管旋轉(zhuǎn)接頭18、氣路分配器19、導(dǎo)電滑環(huán)20等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。弧形擋鐵固定在擋鐵支架上并通過螺釘直接固定在銑床工作臺上，8只行程開關(guān)分別固定安裝在氣缸正下方的連接盤上，壓縮空氣經(jīng)由旋轉(zhuǎn)氣管接頭，通過氣路分配器傳至各電磁閥，并接到對應(yīng)氣缸的進(jìn)、出氣口。外部電源經(jīng)由導(dǎo)電滑環(huán)傳至安裝在氣缸支架底座上對應(yīng)的兩位五通電磁閥，實現(xiàn)電磁閥通電作用。當(dāng)某一工位的行程開關(guān)旋轉(zhuǎn)到擋鐵A點位置后，與該工位對應(yīng)的電磁閥開始動作，從而控制其所對應(yīng)的氣缸活塞帶動壓板向前移動，該工位上的飛錘零件開始夾緊；當(dāng)該工位上的行程開關(guān)旋轉(zhuǎn)到擋鐵B點位置后，與其對應(yīng)的電磁閥又開始工作，氣缸活塞帶動壓板向后前移動，該工位上的飛錘零件開始松開。CD劣弧位置為裝夾區(qū)域；EF劣弧位置為銑削加工區(qū)域。

3 結(jié)論

使用結(jié)果表明該多工位飛錘尾部加工回轉(zhuǎn)氣動夾具滿足飛錘尾部銑削加工的設(shè)計要求，實現(xiàn)了不停機(jī)自動夾緊與松開飛錘零件的銑削加工效果，達(dá)到了回轉(zhuǎn)流水線式、批量連續(xù)不間斷加工的目的。該夾具結(jié)構(gòu)簡單，方便實用，有效地減少了輔助時間，提高了生產(chǎn)效率，同時也使零件質(zhì)量得到保證，減輕了操作者的勞動強(qiáng)度，相信在日后的加工生產(chǎn)中，不斷地加以改進(jìn)，定能取得更大的效果。

參考文獻(xiàn)：

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