自动铣削十字槽的工装设计

2015-11-24施学斌

机械制造 2015年10期

关键词：回转台十字压板

□ 施学斌

苏州大学机电工程学院江苏苏州 215021

自动铣削十字槽的工装设计

□ 施学斌

苏州大学机电工程学院江苏苏州 215021

某零件生产批量大，其顶部端面需要铣削十字槽。该槽在以往加工时，使用传统加工方法，由生产者手动装夹工件进行加工，生产效率低。为提高生产效率，设计了一种自动化铣削的工装，能自动装夹工件进行加工，生产效率高，且产品质量稳定。

自动铣削十字槽工装

图1所示的传动套，生产批量大，其制造工艺路线为：铸造→退火→夹小端外圆→按毛坯找正→车端面→粗车小端外圆以外的各档外圆→粗车内孔各部位→掉头装夹→车端面→车小端外圆→再次掉头装夹→精车小端外圆以外的各外圆至尺寸要求→精车内孔至尺寸要求→铣顶部端面十字槽。该零件顶部端面的十字槽在以往加工时，由生产者手动装夹工件，在立式铣床上完成铣削。生产效率不高，且劳动强度高。

▲图1 传动套

1 总体设计思路

工件采用机械手自动上料、自动夹紧加工、机械手自动下料的方式，如图2所示，自动上料机械手、夹具、自动下料机械手组成了自动铣削十字槽的工装。

整个铣削生产线如图3所示，由上料输送线、工装和下料输送线组成。

▲图2 工装

2 上料方案

工件由上料输送线运送过来，到位后，光电开关发出信号，输送线停止运动［1］。上料机械手的手臂旋转到位，控制手臂伸出液压缸来驱动手臂前伸到位，手臂在升降液压缸的驱动下手臂下降，同时手指液压缸使手爪张开到位，手爪夹紧工件，机械手手臂开始上升，到位后，手臂回转至夹具上方，手臂下降到位后，手爪松开，放下工件。机械手手臂上升，回转，返回到原点初始状态。

3 工件定位方案

零件的定位方案如图4所示，机械手放下工件时，夹具上的定位销插入工件底部孔中。工件以底面定位，限制3个自由度，分别是沿Z轴方向的移动自由度和沿X轴方向以及Y轴方向的翻转自由度。定位销是短销，共限制2个自由度，分别是沿X轴方向和沿Y轴方向的移动自由度，这样共限制了5个自由度。加工时，先铣出十字槽的第一个方向的槽，然后回转台带动零件一起旋转90°，再铣削十字槽第二个方向的槽，因此这种定位方式完全能够满足加工要求。

4 夹具

如图5所示，夹具由回转台、夹具体、旋转推进液压缸、钩形压板、定位销、压板等组成。夹具体按中心安

装在回转台上，保证夹具定位销的回转中心与回转台的回转中心重合，这样，工件的回转中心就与回转台的回转中心重合。用压板将夹具体固定在回转台上。

工件定位后，旋转推进液压缸拉动钩形压板下移，该压板下移的同时，在水平面内旋转90°后将工件夹紧［2］。加工完毕后，旋转推进液压缸带动钩形压板上移，同时在水平面内旋转90°，松开工件，这样压板就不会妨碍装卸工件，图5所示为工件夹紧状态。

▲图3 铣削生产线

▲图4 定位方案

5 铣削过程

加工设备采用立式升降台铣床，为满足加工要求，对铣床电气控制部分进行了适当改进，使其上下进给和水平进给能通过行程开关接受电气控制。铣削过程为：工件夹紧后，传感器向PLC发出信号，PLC开始控制工作台正向进给，实现铣削，当十字槽的第一个方向铣完后，行程开关被触发，给PLC发出信号,PLC控制工作台下移到规定位置后停止。此时工作台进给机构反向旋转，工作台快速返回，到位后，工作台上移到初始位置。同时，回转台带动工件旋转90°。工作台再进行正向进给，铣刀对十字槽的第二个方向进行铣削。铣削完毕，行程开关再次给PLC发出信号,PLC控制铣床工作台重复上述返回的流程，回到初始位置。同时，回转台反向旋转90°，也回到初始状态，整个铣削过程完成。

6 下料方案

铣削完毕后，旋转推进液压缸推动钩形压板上移并旋转90°，松开工件。下料机械手的手臂旋转到位，下移，卡爪将工件夹紧、上移到位后，手臂旋转到下料输送线的上方，手臂下移到位后，卡爪松开工件，机械手手臂上升，并返回到初始位置，工件则由下料输送线送走。

▲图6 液压工作原理

7 控制方案

通常情况下，机械手有气动和液压等不同种类。液压传动相对于气动来说，运行平稳，位置精度高，更适

合于被加工零件的定位，因此在本设计中选用液压型机械手。同时，液压夹紧力大，夹紧可靠，故工件加工时的夹紧方式也采用液压夹紧［3］。整个系统液压传动原理如图6所示，采用双泵供油的方式，一个是小流量泵，一个是大流量泵。在相应回路中，设置单向节流阀给予调速，在手臂升降回路中，为保证运行平稳，还设置了单向顺序阀。图中各换向阀采用电磁换向阀，由可编程控制器控制。当机械手运行到位时，会触发相应的行程开关（图中未画出），行程开关给PLC发出信号，PLC控制相应的电磁阀，从而控制液体流向，使上料、夹紧（便于铣削）、下料等动作有序进行。