汽車空調(diào)壓縮機(jī)渦旋動盤加工工裝的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

鐘璞，馬曉明，孫國慶

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164）

壓縮機(jī)的渦旋動靜盤是汽車空調(diào)工作的最核心部件之一，它通過動靜盤的嚙合，減小壓縮腔內(nèi)制冷劑氣體的體積來達(dá)到提高氣體壓力的目的。作為一對運(yùn)動副，它的加工精度，配合間隙直接關(guān)系到壓縮機(jī)能否正常工作及工作效率的高低。傳統(tǒng)的裝夾方式容易造成零件尺寸精度難以保證、報(bào)廢率高、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)，因此為了更高效、更穩(wěn)定的批量機(jī)械加工該零件，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制造了一種精密的專用工裝（一套液壓和一套氣動工裝），該工裝可以實(shí)現(xiàn)一鍵自動鎖緊。渦旋動盤零件如圖1、2 所示。（由于保密協(xié)議，故隱去相關(guān)參數(shù)要求）：

圖1 正面圖

圖2 反面及側(cè)面結(jié)構(gòu)圖

1 項(xiàng)目研究目標(biāo)及內(nèi)容

1.1 項(xiàng)目研究方向

（1）用液壓和氣動的方法，設(shè)計(jì)出夾具。

（2）設(shè)計(jì)出的夾具能夠精確定位。

（3）方便工人裝夾，原則上是一鍵完成所有裝夾步驟。

（4）一個(gè)夾具上可以裝多個(gè)零件。

（5）應(yīng)用于工廠實(shí)際環(huán)境。

1.2 項(xiàng)目創(chuàng)新特色概述

（1）利用數(shù)字化設(shè)計(jì)，3D 打印技術(shù)輔助進(jìn)行工裝研發(fā)。

（2）利用液壓和氣動原理，完成自動裝夾。

（3）零件高速、精確定位。

1.3 項(xiàng)目研究技術(shù)路線（如圖3）

圖3 項(xiàng)目研究技術(shù)路線圖

2 項(xiàng)目專用工裝的設(shè)計(jì)與工作原理

2.1 動盤的加工工藝分析

經(jīng)過項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對企業(yè)的調(diào)研，制定了合理的零部件制造工藝。為了高效的完成零件的切削加工，最終利用專用工裝達(dá)到了兩次裝夾即可完成加工，具體零件生產(chǎn)步驟如下：

（1）先以渦旋圓周面為粗基準(zhǔn)，加工出底面。

（2）以底面為精基準(zhǔn)精加工渦旋面。

（3）清洗。

（4）檢驗(yàn)。

（5）入庫。

2.2 動盤底面的加工及工裝原理

根據(jù)企業(yè)的工藝卡片，首先需要加工出高質(zhì)量的動盤底面及定位孔，所以加工底面的工裝尤其重要，而動盤的毛坯由于是鑄造方式等到毛坯，其表面及直徑大小存在一定的誤差。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從“立銑刀刀柄”的彈簧夾頭找到靈感，決定采用漲緊套的方法來固定動盤毛坯。漲緊套是由外圓套和漲緊縫組成，通過液壓裝置鎖緊外圓套并利用其漲緊縫自動調(diào)節(jié)，這樣即使毛坯大小不一，在一定范圍內(nèi)也能穩(wěn)定的裝夾。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖4～6。

2.3 動盤渦旋的加工及工裝原理

在加工動盤渦旋部位時(shí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出了兩種夾具的設(shè)計(jì)方案。

圖4 底面加工工裝結(jié)構(gòu)圖

圖5 底面加工工裝主視圖

圖6 底面加工工裝剖視圖

圖7 渦旋加工工裝方案一結(jié)構(gòu)圖

圖8 渦旋加工工裝方案一剖視圖

（1）方案1。采用了單回旋缸和定位銷結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝夾和定位。通過主定位銷定位底面中心孔位置，以副定位銷定位其角度，再用單個(gè)回旋缸帶動八邊形鎖緊裝置快速鎖緊渦旋動盤零件（回旋缸在帶動八邊形鎖緊裝置松開壓板時(shí)，動作為先上升一定距離再回旋一定角度）。其詳細(xì)結(jié)構(gòu)原理圖如圖7、8 所示。

（2）方 案2。采用了三個(gè)獨(dú)立的回旋缸和定位銷結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝夾和定位。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖9、10 所示。

圖9 渦旋加工工裝方案二結(jié)構(gòu)圖

圖10 渦旋加工工裝方案二剖面圖

（3） 方 案 比較及確定。動盤渦旋加工工裝方案一和方案二都是通過兩銷定位，定位精度可靠，耐用，在實(shí)際生產(chǎn)中，完全保證了相關(guān)的位置和角度精度。①單回旋缸工裝，結(jié)構(gòu)相對簡潔美觀，但在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)單回旋缸工裝經(jīng)過多批次零件裝夾使用后，裝夾開始出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致了產(chǎn)品報(bào)廢率的上升。②三回旋缸工裝，雖然結(jié)構(gòu)相對繁瑣，制造成本也相對略高于單回旋缸，但在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)過多批次零件裝夾使用后，未出現(xiàn)任何裝夾故障，證明其耐用度是超過方案一的，因此項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)最終決定了采用了方案二。

3 前后效率比較及改進(jìn)方案

3.1 專用工裝與通用工裝效率比較

經(jīng)過相關(guān)實(shí)驗(yàn)，采用通用工裝，工人裝夾一個(gè)零件，需花費(fèi)11s，勞動疲勞強(qiáng)度大，在一定勞動疲勞強(qiáng)度后，裝夾零件的時(shí)間會增加到30s，甚至更高，其產(chǎn)品報(bào)廢率也較高。如表1 所示。

表1 專用工裝使用前后效率對比表

3.2 零件生產(chǎn)優(yōu)化方案

文中所述工裝為半自動化生產(chǎn)方案，人工成本相對全自動化方案較高，項(xiàng)目組將在后期結(jié)合企業(yè)訂單等綜合情況考慮，設(shè)計(jì)制造一個(gè)全自動化生產(chǎn)線，其初步設(shè)計(jì)想法為，利用自動送料小車、機(jī)械手配合以上專用工裝實(shí)現(xiàn)更高程度的自動化生產(chǎn)，目前也是制造企業(yè)采用較為廣泛的方案之一。

4 結(jié)語

本論文是基于江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，結(jié)合調(diào)研企業(yè)的相關(guān)具體情況，從而研發(fā)出的一套針對于汽車壓縮機(jī)渦旋動盤零件加工的專用工裝，目前該工裝已投入了實(shí)際一線生產(chǎn)中，表現(xiàn)優(yōu)良，得到了企業(yè)的高度評價(jià)。