自動(dòng)鉆孔工裝設(shè)計(jì)

唐彬，陳玲

（湖南飛沃新能源科技股份有限公司，湖南 常德 415700）

0 引言

目前，在進(jìn)行軸類零件加工時(shí)，特別是在進(jìn)行徑向鉆孔加工時(shí)，通常采用以下3種夾緊定位方式：1）V形塊結(jié)構(gòu)和軸向定位的方式；2）采用壓板來夾緊工件的方式；3）直接采用虎鉗對工件進(jìn)行夾緊的方式。這樣會(huì)存在許多問題，比如在加工過程中容易造成鉆頭錯(cuò)位，從而導(dǎo)致鉆頭受力不均勻而斷裂，鉆孔的質(zhì)量差；而且工人的生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低下，且有生產(chǎn)安全隱患。

為了解決上述問題，我們研發(fā)設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)鉆孔工裝，這種夾具的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便可靠，既提升了產(chǎn)品質(zhì)量，又提高了生產(chǎn)效率，還避免了生產(chǎn)的安全隱患。

1 零件分析

加工生產(chǎn)零件的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該零件為圓柱形，采用的材質(zhì)為合金鋼，每年生產(chǎn)量為56萬件，在進(jìn)行螺紋加工的時(shí)候，首先需要進(jìn)行預(yù)鉆孔工序，由于孔的加工位置在圓弧面上，因此，必須設(shè)計(jì)專用的鉆床夾具。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

2 夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對該零件進(jìn)行徑向鉆孔時(shí)的鉆床夾具結(jié)構(gòu)如圖2所示。該鉆孔工裝夾具包括上料機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)和下料機(jī)構(gòu)。

圖2 整體示意圖

2.2 工作原理

該鉆孔工裝夾具的工作原理如下：

第一步，上料動(dòng)作。首先將圓柱狀物料放置在物料盒9內(nèi)，物料盒內(nèi)裝有感應(yīng)器，當(dāng)感應(yīng)器檢測到物料盒9中的圓柱狀物料，感應(yīng)器將信號反饋給PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)通過控制閥組使氣缸7頂桿緩慢上升，氣缸7的活塞桿帶動(dòng)頂料板8緩慢上升，頂料板8的頂面加工有圓弧結(jié)構(gòu)，圓弧結(jié)構(gòu)的圓弧為斜率遞減的曲線，頂料板8通過圓弧結(jié)構(gòu)帶動(dòng)圓柱狀物料緩慢上升，當(dāng)頂料板8上升到一定位置后，由于圓弧結(jié)構(gòu)的圓弧為斜率遞減的曲線，圓柱狀物料由于自重會(huì)自動(dòng)滾落，從而到達(dá)上料斜坡6，由于上料斜坡6左高右低，圓柱狀物料由于自重會(huì)繼續(xù)順勢滾動(dòng)到夾具體14上的料槽16上，料槽16的上平面加工有圓弧槽并設(shè)計(jì)有擋板5，圓弧槽和擋板5能有效放置圓柱狀物料繼續(xù)向外滾動(dòng)后掉落。

當(dāng)圓柱狀物料滾動(dòng)至料槽16上，感應(yīng)器感應(yīng)到圓柱狀物料后將信號反饋給PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)控制氣缸12的活塞桿開始向外伸出，氣缸12的活塞桿到達(dá)至設(shè)定位置后將信號反饋給PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)控制氣缸4的活塞桿開始伸出，圓柱狀物料被氣缸4的活塞桿推進(jìn)至工裝體內(nèi)與氣缸12的活塞桿緊貼，從而完成上料動(dòng)作。

第二步，夾緊動(dòng)作。當(dāng)圓柱狀物料在軸向完成定位工序后，PLC控制系統(tǒng)控制油缸1和油缸10頂桿向外伸出，從而帶動(dòng)夾板3夾緊圓柱狀物料，完成圓柱狀物料在徑向上的固定，然后開始鉆孔加工。

第三步，下料動(dòng)作。在鉆孔加工完成后，PLC控制系統(tǒng)控制油缸1和油缸10的活塞桿縮回，從而帶動(dòng)夾板3進(jìn)行回縮運(yùn)動(dòng)，同時(shí)PLC控制系統(tǒng)控制氣缸12的活塞桿進(jìn)行回縮運(yùn)動(dòng)，當(dāng)回縮動(dòng)作完成后，PLC控制系統(tǒng)控制氣缸4的活塞桿繼續(xù)向外伸出，從而推動(dòng)圓柱狀物料至物料盒9外的設(shè)定位置，然后PLC控制系統(tǒng)控制氣缸4的活塞桿回縮至初始位置，接下來，PLC控制系統(tǒng)控制氣缸11的活塞桿向外伸出，氣缸11的活塞桿推動(dòng)圓柱狀物料至下料機(jī)構(gòu)15上，由于下料機(jī)構(gòu)15有左高右低的斜面，圓柱狀物料由于自重會(huì)滾落至下料口，下料機(jī)構(gòu)15的下料口處有方形孔被加工在底板2上，最后實(shí)現(xiàn)圓柱狀物料的自動(dòng)落料動(dòng)作。

2.3 上料機(jī)構(gòu)

如圖3所示，上料機(jī)構(gòu)包括物料盒1、頂料板2、上料斜坡3、擋板4、料槽5和氣缸6，物料盒1內(nèi)放圓柱狀物料的表面設(shè)有一定斜度，當(dāng)圓柱狀物料放置在物料盒1內(nèi)，由于自重能自上而下進(jìn)行滾動(dòng)，物料盒1的底部設(shè)有頂料板可以穿過的孔，當(dāng)圓柱狀物料滾動(dòng)至物料盒1的底部后，PLC控制系統(tǒng)控制氣缸7帶動(dòng)頂料板2作緩慢上升運(yùn)動(dòng)，頂料板2帶動(dòng)圓柱狀物料進(jìn)行緩慢上升，頂料板2上表面為圓弧結(jié)構(gòu)，圓弧結(jié)構(gòu)的圓弧為斜率遞減的曲線，圓柱狀物料上升到設(shè)定位置后，由于自重和圓弧結(jié)構(gòu)會(huì)使圓柱狀物料自動(dòng)滾落到上料斜坡3上，由于上料斜坡3的斜面，圓柱狀物料由于自重會(huì)繼續(xù)在斜面上滾動(dòng)至料槽5上，料槽5旁固定有擋板4，通過料槽5和擋板4對圓柱狀物料進(jìn)行定位，然后由PLC控制系統(tǒng)控制氣缸6的活塞桿伸出，送入至夾具體內(nèi)。

圖3 自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)

2.4 夾緊機(jī)構(gòu)

如圖4所示，夾緊機(jī)構(gòu)包括夾塊、夾具體和氣缸。上料機(jī)構(gòu)將圓柱狀物料推送進(jìn)夾具體內(nèi)前，PLC控制系統(tǒng)控制氣缸3的活塞桿向外伸出至設(shè)定的固定位置，之后上料機(jī)構(gòu)將圓柱狀物料推進(jìn)夾具體內(nèi)與氣缸3的活塞桿緊貼，同時(shí)PLC控制系統(tǒng)控制油缸1和油缸4的活塞桿作伸出運(yùn)動(dòng)，從而油缸1和油缸4的活塞桿帶動(dòng)夾塊2移動(dòng)后夾緊圓柱狀物料。

圖4 夾緊機(jī)構(gòu)

2.5 自動(dòng)下料機(jī)構(gòu)

如圖5所示，下料機(jī)構(gòu)包括氣缸、下料斜坡和落料口，鉆孔加工工序完成后，PLC控制系統(tǒng)控制夾緊氣缸的活塞桿作回退動(dòng)作，當(dāng)夾緊氣缸的活塞桿回退動(dòng)作完成之后，PLC控制系統(tǒng)控制上料機(jī)構(gòu)的氣缸6的活塞桿繼續(xù)伸出，從而推送圓柱狀物料至夾具體外的設(shè)定位置后回退，回退動(dòng)作完成后，PLC控制系統(tǒng)控制下料機(jī)構(gòu)氣缸3的活塞桿向前伸出，從而將圓柱狀物料推送至下料斜坡，由于自重和下料斜坡的斜面，圓柱狀物料自動(dòng)滾落至下料斜坡的下料口，下料斜坡的下料口處有方形孔被加工在底板上，最后實(shí)現(xiàn)圓柱狀物料的自動(dòng)落料動(dòng)作，方形口下方設(shè)置有物料框進(jìn)行接料。

圖5 下料機(jī)構(gòu)

3 定位誤差及夾緊力、切削力的分析

3.1 定位誤差分析

定位元件采用的定位方式為2個(gè)氣缸進(jìn)行的軸向定位和夾板進(jìn)行的徑向定位，從而限制圓柱狀物料的6個(gè)自由度，定位基準(zhǔn)面為圓柱狀物料的端面，與圓柱狀物料設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，因此不存在基準(zhǔn)不重合，即定位誤差為0。

3.2 夾緊力、切削力的計(jì)算

夾緊力主要由油缸的推力進(jìn)行夾緊產(chǎn)生，故夾緊力為2個(gè)油缸的推力。夾緊力計(jì)算公式為

4 結(jié)語

生產(chǎn)實(shí)踐證明，該工裝夾具利用合理的結(jié)構(gòu)及簡便的操作，減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，工件定位精度高，產(chǎn)品合格率達(dá)到99%，零安全事故，具有較顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。