鉸珩磨頭的拆卸工具優化

薛飛

上汽大眾汽車有限公司 上海 201805

1 序言

連桿大孔的光整加工采用的是鉸珩工藝，與珩磨技術中珩磨頭與主軸采用浮動聯接不同的是，鉸珩磨頭與機床主軸采用剛性聯接。鉸珩除了具有精度高、表面質量好的優點，還能一定程度上修正被加工孔的位置度，因此鉸珩主軸跳動等精度要求也比珩磨主軸要求更高。

2 背景介紹

連桿的AF90是對連桿大孔珩磨的工序（見圖1），加工精度φ（50.606±0.006）mm。連桿大孔在發動機裝配過程中與曲軸連桿頸配合，將活塞的爆炸做功通過連桿傳遞到曲軸。連桿與曲軸的配合精度直接影響發動機運行過程的平穩性和噪聲強弱，因此連桿大孔采用珩磨工藝。珩磨是利用珩磨頭（見圖2）上圓周分布的砂條（油石）對內孔表面進行光整加工的一種工藝。其工作過程是心軸在彈簧力的作用下向上頂起，膨脹塊徑向收縮。當珩磨頭進入到連桿大孔中，機床主軸內的推桿推動心軸克服彈簧力向下運動。通過心軸和膨脹塊的錐面配合，將心軸的向下運動轉換為膨脹塊的徑向擴張。固定在膨脹塊外緣的砂條貼在工件內孔表面。珩磨機主軸開始旋轉和軸向往復運動，實現對孔壁表面的磨削加工。由于珩磨需要實現砂條的徑向膨脹運動，在珩磨頭內部設計了帶錐度的心軸，因此鉸珩磨頭沒有辦法采用類似普通銑床7∶24錐柄尾部內螺紋、拉桿的聯接結構[1]。原有的珩磨頭更換拆裝方式：對刀桿起鎖緊作用的圓螺母外套一個專用扳手，用錘子敲擊扳手，利用主軸的慣性和敲擊的沖擊力拆卸珩磨頭。

圖1 珩磨機主軸與珩磨頭聯接方式及珩磨頭

圖2 珩磨頭

該方式存在以下問題。

1）錘子敲擊過程對機床主軸的軸承有一定沖擊。AF90珩磨機是精密加工設備，長期靠敲擊主軸拆卸珩磨頭會造成主軸跳動增加[2]，珩磨后孔壁產生振紋。造成設備損壞，增加維修成本和停機損失。

2）通過錘子敲擊的方式，需要有較大的手臂擺動量，才能積累起足夠的動能。機床內部結構較小，手臂水平方向揮動容易撞到機床內部支架，造成人員受傷等問題。存在較大生產安全隱患。操作人員長時間蜷縮在機床中揮動錘子，手部、腰部疲勞容易造成肌肉拉傷，人機工程問題亟待解決。

為了解決這一問題，我們起初嘗試使用橡膠錘子敲擊專用扳手的拆卸方式，利用橡膠材料的黏彈性可以有效減緩敲擊過程中的沖擊，減少對機床主軸的損傷，避免手部被振麻導致錘子脫手等安全隱患。但橡膠錘子的沖擊動能遠遠小于鋼制錘子，所以拆珩磨頭的效率比鋼制錘子低。

3 新工具結構

設計制造了一種珩磨頭的拆卸工具（見圖3），能夠使操作人員輕松地拆除珩磨頭，改善人機工程問題。避免敲擊主軸，減少對機床主軸的損傷。

圖3 珩磨頭的拆卸工具

裝配（見圖4）：插銷插入叉型扳手的孔；螺母座放入叉型扳手的開口槽中；珩磨刀桿通過錐柄聯接在主軸的錐孔中；限位圈套在絲桿傳動軸外；圓扳手套在珩磨頭鎖緊螺母外；齒輪支架端蓋固定在齒輪支架上；齒輪安裝在齒輪支架內部，齒條能沿著齒輪支架上下移動，齒輪能與齒條嚙合；杠桿手柄通過能繞齒輪支架上的銷旋轉，齒條上的銷能沿著手柄中的鍵槽移動；絲桿傳動軸穿過齒輪支架，穿過齒輪的孔，通過鍵與齒輪聯結。再穿過齒輪支架端蓋；滑塊鎖緊螺桿通過螺紋聯接在圓扳手的螺紋孔內，滑塊安裝在圓扳手的方槽內，并能在滑塊鎖緊螺桿的臺階面牽引下沿著方槽的軸向移動。

圖4 裝配圖

操作過程：將圓扳手上的凸臺按照珩磨頭鎖緊螺母上的凹槽套入，轉動滑塊鎖緊螺桿上的滑塊鎖緊螺母，將滑塊沿著圓扳手手柄的方向向前移動，卡入珩磨頭鎖緊螺母上端面，起到鎖緊圓扳手的作用。將叉型扳手沿著珩磨頭刀柄上兩側方槽插入，沿著絲桿傳動軸轉動螺母座，直到螺母座位置與叉型扳手位置對齊時，將螺母座放入叉型扳手的開口槽中，并插上插銷，將螺母座鎖緊在叉型扳手的開口槽中。向下轉動杠桿扳手，通過齒條、齒輪、絲桿傳動軸在叉型扳手和圓扳手之間產生一個扭矩，松開珩磨頭鎖緊螺母。

4 本工具的優勢與創新點

1）利用一個叉型扳手和一個圓扳手之間以絲桿運動產生軸向擴張力（見圖5）。通過絲桿、螺母和扳手將直線移動轉換為扭轉珩磨頭鎖緊螺母的旋轉運動[3]。通過平穩的力矩代替原有敲擊力的方式，消除了對機床的沖擊，避免對主軸的損傷和操作過程中的安全隱患。

圖5 叉型扳手和圓扳手結構

2）利用齒輪齒條結構將手臂垂直向下的力矩轉換為螺母拆卸的水平方向力矩（見圖6），便于施力。原有拆刀方式在水平面內揮動錘子敲擊專用扳手，不便于在機床內部狹小空間內操作。同時機床主軸在水平方向旋轉不便于自鎖，每次敲擊后珩磨頭和專用扳手都會旋轉一定角度，需要再將珩磨頭和專用扳手旋轉回到原有位置。本工具拉動杠桿扳手的力是豎直向下的，力的方向與主軸剛性方向相同，不會引起主軸的旋轉，操作安全方便。

圖6 垂直力矩轉水平力矩

3）通過齒條上的銷，杠桿扳手在齒輪座上的支點達到擴力的結構（見圖7），增加力矩減輕工人勞動強度。

圖7 杠桿扳手結構

4）圓扳手上有一個絲桿控制的鎖緊滑塊，其類似平口鉗通過絲桿控制活動鉗口移動的結構。當順時針旋轉滑塊鎖緊螺桿，滑塊沿著絲桿軸向向前移動到鎖緊珩磨頭的圓螺母上端面。與套在圓螺母上的圓扳手配合，將圓扳手軸向固定在鎖緊螺母上，保證該工具能夠固定在珩磨頭圓螺母上，方便后序裝拆操作。

5）叉型扳手遠離主軸的一端是開口槽。用一個銷插入開口槽，達到快速封閉的結構（見圖8）。螺母座與叉型扳手開口槽位置較遠時，用手繞絲桿傳動軸轉動螺母座，待螺母座達到開口槽位置時，再繞圓扳手尾部的軸旋轉，將螺母座卡入開口槽，插上插銷通過扳手擴力，保證足夠的拆卸扭矩。當刀桿圓螺母擰松，自鎖消失以后，拔出插銷和螺母。再繞圓扳手尾部的軸旋轉，將螺母座脫離開口槽。手動旋松珩磨頭的圓螺母將刀桿卸下。該工具通過叉型扳手的開口槽、插銷與螺母座實現快速切換擴力狀態與快速拆除狀態。

圖8 銷插入開口槽結構

5 結束語

本工具結構簡單，制造維護方便，可靠性好。此外，其可操作性強，使用方便靈活，拆裝珩磨頭效果顯著，生產效率高，有較大的推廣價值。